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Beijing Chaoweijing Biotechnology Co., Ltd
Revelar las características y mecanismos de los cambios cronológicos en la actividad neuronal de la corteza motora de las extremidades posteriores causados por la ingravidez simulada
Fecha:2025-10-31Leer:2
Durante los vuelos tripulados a largo plazo, los cambios en el comportamiento motor causados por el entorno de ingravidez afectan directamente la capacidad de trabajo de los astronautas, un problema que se debe a la combinación de cambios en la función motora central y atrofia muscular. Aunque hay estudios que han confirmado que los vuelos espaciales pueden causar cambios en la estructura y el funcionamiento del cerebro, las características específicas de los cambios en el sistema nervioso motor central han sido poco claras. Por lo tanto, es de gran importancia monitorear la actividad neuronal de la corteza motora en un entorno de ingravidez simulada y explorar sus mecanismos de regulación de los cambios en el comportamiento motor. Sin embargo, anteriormente, debido a la falta de herramientas de registro de actividad neuronal capaces de realizar monitoreo en tiempo real, dinámica a largo plazo y resolución unicelular, no se pudo monitorear en tiempo real los cambios dinámicos de las neuronas de la corteza motora en ratones ingravidos simulados durante el comportamiento de movimiento libre.
Con el fin de analizar más a fondo el mecanismo nervioso de los cambios en la función longitudinal de la corteza motora causada por la ingravidez simulada y lograr la adquisición a nivel unicelular de las leyes de los cambios dinámicos en la ingravidez simulada y la actividad neuronal de la corteza motora de las extremidades posteriores durante el período de recuperación, se utilizó La técnica de dos fotones miniaturizados en hiperescala para realizar el monitoreo dinámico continuo de la actividad neuronal L2 / 3 de la corteza motora de las extremidades posteriores de la ingravidez simulada de las extremidades posteriores (hu) en ratones.
Investigación
2025 / 09
El 19 de septiembre de 2025,Centro de investigación y entrenamiento de astronautas de ChinaEl equipo de investigación Li Yingxian / Li Jianwei está en revistas de renombre internacional.InvestigaciónLa publicación anterior se titula "Cambios dinámicos en las neuronas del córtex motor de las extremidades posteriores durante la falta de peso simulada revelada por la microscopía en miniatura de 2 fotones"Trabajos de investigación (doi: 10.34133 / research.0877).
Captura de pantalla de la tesis en línea
El estudio utilizó técnicas de imagen de dos fotones miniaturizadas y otros métodos de investigación para descubrir que la ingravidez simulada a largo plazo puede causar una disminución gradual de la función motora en ratones, acompañada de cambios continuos en la actividad neuronal en las capas L2 / 3 de la corteza motora de sus extremidades posteriores. Estas neuronas se pueden dividir en tres categorías: "activadas", "inhibidoras" y "no respondedoras", que muestran características de respuesta altamente heterogéneas en entornos simulados de ingravidez. la actividad de las neuronas activadas en el movimiento activo y pasivo aumenta con el tiempo, pero la proporción de neuronas activadas relacionadas con el movimiento pasivo disminuye y la proporción relacionada con el movimiento activo se mantiene sin cambios. Cabe señalar que después de dos semanas de recuperación, el comportamiento motor de los ratones volvió a la normalidad, y aunque hubo un cierto retraso en la recuperación de la actividad de algunas neuronas, la proporción y el nivel de actividad del mismo tipo de neuronas también volvieron en su mayoría al Estado Basal (figura 1).
Figura 1. patrón regular de cambios en el comportamiento motor y la actividad neuronal en la corteza motora de las extremidades posteriores bajo ingravidez simulada
En este estudio, los investigadores primero realizaron pruebas conductuales en ratones que simularon ingravidez en diferentes momentos. Los resultados mostraron que con la prolongación del tiempo de ingravidez simulada, la capacidad motora de los ratones mostró una disminución gradual. En el experimento de ejercicio activo de campo abierto, el comportamiento motor activo de los ratones que simularon ingravidez a 28 días disminuyó aún más que a 14 días, lo que sugiere que, además de la atrofia muscular, los cambios funcionales del sistema nervioso (especialmente la corteza motora de las extremidades posteriores) causados por la ingravidez simulada son igualmente importantes para este cambio asintomático En la capacidad motora (figura 2).
Figura 2. deterioro progresivo de la función motora por ingravidez simulada, cambio que vuelve a la normalidad dos semanas después del final de la suspensión de cola
A continuación, los investigadores encontraron que la actividad neuronal en la corteza motora de las extremidades posteriores mostró tres patrones de respuesta diferentes en un ambiente de ingravidez simulada a largo plazo, de los cuales el 22,9% disminuyó significativamente, el 18% aumentó significativamente y el 59,1% restante no mostró cambios significativos en la actividad neuronal (figura 3, video 1). Los resultados anteriores confirman a nivel unicelular que la ingravidez simulada causa trastornos persistentes en la actividad neuronal, un descubrimiento que proporciona una base importante para comprender en profundidad el impacto del entorno de ingravidez simulada en la función neurológica.
Figura 3. la imagen de calcio de dos fotones revela cambios heterogéneos en la actividad neuronal de la corteza motora de las extremidades posteriores en ratones inducidos por ingravidez simulada
Utilizando imágenes de dos fotones para analizar la actividad del calcio a nivel unicelular en las neuronas de la corteza motora de la extremidad posterior, los investigadores encontraron que en los paradigmas conductuales del movimiento activo (experimento de campo abierto) y el movimiento pasivo (experimento de barra giratoria), las neuronas motoras de la extremidad posterior se pueden dividir en tres categorías: "activado", "inhibidor" y "no respuesta", y bajo ingravidez simulada, las características de la actividad del calcio y los cambios proporcionales en estas tres categorías de neuronas presentan un alto grado de heterogeneidad. En concreto, al mantener el comportamiento motor activo de alta velocidad, la actividad de las neuronas activadas en la corteza motora de las extremidades posteriores de ratones que simularon ingravidez durante 28 días aumentó significativamente en comparación con los 14 días, lo que significa que el mantenimiento del comportamiento motor de alta velocidad requiere más activación neuronal a medida que se prolonga el tiempo de ingravidez simulada (figura 4). Por su parte, en el comportamiento motor pasivo del experimento de la barra giratoria, aunque no hubo diferencias en el tiempo de caída de la barra giratoria simulada desorganizada a los 14 y 28 días, se produjeron cambios significativos en la actividad neuronal y la proporción de la corteza motora de la extremidad posterior que mantuvieron el movimiento pasivo en la barra giratoria, lo que confirmó que la ingravidez simulada causó cambios continuos en la actividad neurogénica en la región.
Figura 4. cambios en la actividad neuronal de la corteza motora de las extremidades traseras de ratones en experimentos de campo abierto bajo ingravidez simulada
Además, el estudio también reveló los mecanismos moleculares por los que la ingravidez simulada afecta a la corteza motora de las extremidades posteriores. En el Estado de ingravidez simulada, se produjeron cambios significativos en los genes relacionados con la diferenciación neuronal dopaminérgica, la transmisión sináptica y la plasticidad y la regulación neuroendocrina en la corteza motora del ratón, y se produjeron cambios significativos en la expresión de los genes de la vía de señalización dopaminérgica, que son esenciales para el control del movimiento. Al mismo tiempo, la sobrecarga de la extremidad posterior enriquecerá significativamente las vías relacionadas con la inmunoinflamación en la corteza motora, lo que aumentará la expresión de genes relacionados con la neuroinflamación como ccl3 e il31ra, y la neuroinflamación es una causa importante de cambios en la función neuronal en esta región.
El estudio aclaró a nivel unicelular las leyes de adaptación dinámica de las neuronas de la corteza motora de las extremidades posteriores bajo ingravidez simulada y reveló el importante papel del sistema nervioso central en los cambios en la función motora espacial. El modelo de "respuesta heterogénea neuronal" encontrado en el estudio ySeñal de dopaminaEl posible mecanismo regulador de la activación de las vías neuroinflamatorias para los cambios en la función neuronal causados por la ingravidez proporciona una base teórica y nuevas ideas para el desarrollo de medidas de protección específicas para trastornos neurológicos espaciales. Al mismo tiempo, el estudio también proporciona una base de datos más modal para analizar los patrones de regulación neuronal de las funciones motoras durante los vuelos espaciales, y proporciona un nuevo ángulo para explorar el mecanismo de regulación de la Plasticidad neuronal del sistema central adaptado al entorno de ingravidez simulada.
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Los investigadores Li Yingxian y Li jianwei, del Centro de investigación y entrenamiento de astronautas de china, Zhang lifeng, del Instituto de transformación de Nanjing de Medicina Molecular de la Universidad de pekín, y Ling shukuan, del laboratorio oujiang, son los coautores de la tesis. Fan yuanyuan, Profesor asociado de la facultad de Ciencias de la vida de la Universidad de Henan / postdoctoral del Centro de entrenamiento de investigación científica de astronautas de china, y Li jianwei, Investigador Asociado del Centro de entrenamiento de investigación científica de astronautas de china, son los primeros autores de la tesis. Esta investigación ha recibido apoyo financiero de varios proyectos, como la innovación científica y tecnológica 2030 - "investigación en ciencias cerebrales y cerebroides", la Fundación Nacional de ciencias naturales de china, el programa de exploración del Observatorio cerebral de Nanjing y la Fundación China de Ciencias postdoctorales.