Группа российских ученых совместно с коллегами из Швеции провела исследование, чтобы выяснить, как эпидуральная стимуляция влияет на двигательную активность. Оказалось, для того чтобы искусственно запустить движение, недостаточно усилить активность нейронов до уровня, аналогичного при настоящем перемещении. Важнейшую роль здесь играет «усреднение» активности, связанное со снижением ее разнообразия у отдельных нейронов. Результаты исследования опубликованы в Experimental Neurology.
Паттерны ответов на стимуляцию
Эпидуральная стимуляция (ЭС) – это форма нейростимуляции, при которой электроды вводятся в эпидуральное пространство. Оно представляет собой зону, выступающую своего рода защитной «прослойкой» и расположенную между твердой мозговой оболочкой и стенкой позвоночного канала. Этот способ стимуляции относится к минимально инвазивным и используется для лечения хронических болей и для восстановления после спинальной травмы. Принцип стимуляции заключается в том, что сигналы, посылаемые электродом, воздействуют на нервные волокна и могут тормозить проведение болевых импульсов, активировать или модулировать двигательные сигналы к мышцам.
Эпидуральная стимуляция способна улучшать подвижность пациентов, запуская локомоторные механизмы через покрытые миелином сенсорные волокна задних корешков. Но многие аспекты ее влияния в спинном мозге остаются до конца не изученными.
Группа исследователей из Санкт-Петербургского института трансляционной биомедицины вместе с коллегами из ФЦМН, LIFT, а также учеными из Каролинского института, провели многостороннее исследование, в котором попробовали глубже понять, как именно ЭС влияет на спинальные нейроны.
Стимуляция проводилась в поясничном сегменте L5. Для внеклеточной записи спинальных нейронов использовались многоканальные электродные массивы, вставленные через небольшие отверстия в твердой мозговой оболочке. Эти матрицы были расположены так, чтобы исследовать серое вещество спинного мозга, исключая области, содержащие двигательные ядра. Таким образом ученые фиксировали активность нейронов на разных этапах передвижения – при отсутствии локомоции, при ходьбе вперед и назад, а также в трех условиях: в отсутствие ЭС, в ее начальный период и во время хорошо скоординированной ходьбы. Также одновременно снимались электромиографические показатели с мышц задних лап. На завершающем этапе эксперимента с помощью методов гистологии подтвердили верность расположения электродных матриц в спинном мозге.
Ученые обнаружили, что ЭС увеличивает возбудимость нейронов опорно-двигательной сети до пороговых уровней, необходимых для активации движения, хотя само по себе это, как ни странно, не приводило к возникновению движения. Для того, чтобы кошка начала идти, необходим ряд изменений в нейрональной активности, включая увеличение активности одних нейронов и снижение других.
Это удалось показать при переходе из состояния покоя к движению вперед или назад: те нейроны, которые были менее активны в течение периода отсутствия локомоции, наращивали «темп» при возникновении движения, в то время как те нейроны, которые вели себя более активно в течение периода «покоя», «успокаивались» во время локомоции.
Также удалось обнаружить, что у нейронов, запускающих определенный режим локомоции, пики и спады в ответах на отдельные эпидуральные стимулы были значительно менее выражены по сравнению с теми, которые наблюдались в течение отсутствия движения. Авторы предположили, что подобные изменения в паттернах нейрональной активности позволяют ЭС поддерживать высокий уровень возбудимости локомоторной сети, необходимый для ее стабильной работы.
Все это значительно расширяет наше представление о нейронных механизмах, лежащих в основе активации движения, и в дальнейшем поспособствует новым разработкам для восстановления пациентов после спинальной травмы.
Текст: Анастасия Буглинина
Neuronal mechanisms underlying activation of locomotor network by epidural electrical stimulation of the spinal cord by Pavel E. Musienko et al. in Experimental Neurology. 2025. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2025.115187
