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Überdimensionale Aussicht
Beijing Chaoweijing Biotechnology Co., Ltd
Aufklärung der Merkmale und Mechanismen der Simulation der zeitlichen Veränderungen in der Aktivität der motorischen Kortikalneuronen der Rückextremitäten durch Gewichtslosigkeit
Datum:2025-10-31Lesen Sie:0
Bewegungsverhaltensänderungen, die durch eine gewichtslose Umgebung während eines langen bemannten Fluges ausgelöst werden, beeinflussen direkt die Arbeitsfähigkeit der Astronauten, ein Problem, das sich aus einer Zusammenwirkung von Veränderungen in der zentralen motorischen Nervenfunktion und Muskelattrophie ergibt. Obwohl Studien bestätigen, dass Raumfahrt zu Veränderungen in der Gehirnstruktur und -funktion führt, sind die spezifischen Veränderungsmerkmale des motorischen Zentralnervens unklar. Daher ist die Überwachung der neuronalen Aktivität der motorischen Kortes in einer simulierten Gewichtslosigkeitsumgebung von großer Bedeutung und die Untersuchung ihrer Regulierungsmechanismen für die Änderung des motorischen Verhaltens. Früher war es jedoch nicht möglich, eine Echtzeit-Überwachung der dynamischen Veränderungen der motorischen Kortexneuronen bei freiem Bewegungsverhalten bei Simulationen von gewichtslosen Mäusen durch den Mangel an Echtzeitüberwachungs-, langfristigen dynamischen, einzelligen Auflösungswerkzeugen zur Aufzeichnung der neuronalen Aktivität zu ermöglichen.
Zur weiteren Analyse der neuronalen Mechanismen der durch die Simulation von Gewichtslosigkeit ausgelösten longitudinalen funktionellen Veränderungen in der Motoren Kortex und zur Realisierung der dynamischen Veränderungen der Aktivität der Motoren Kortex-Neuronen während der Erholungsphase der Simulation von Gewichtslosigkeit und ihrer Erholungsphase auf Einzelzellebene wurde die kontinuierliche dynamische Überwachung der Aktivität der L2/3-Neuronen in der Motoren Kortex-Neuronen während der Erholungsphase der Simulation von Gewichtslosigkeit und der nachfolgenden Erholungsphase bei Mäusen mit der Ultradimensionalen Mikroskoptik-Doppelfotonik ermöglicht.
Forschung
2025/09
am 19. September 2025,Chinesisches Ausbildungszentrum für AstronautenLi Yingxian / Lei Jianwei Forschungsteam in renommierten internationalen ZeitschriftenForschungVeröffentlicht unter dem Titel »Dynamische Veränderungen in Hindlimb Motor Cortex-Neuronen während simulierter Gewichtlosigkeit durch Miniatur-2-Photonen-Mikroskopie aufgedecktForschungsarbeit (DOI: 10.34133/research.0877).
Screenshot der Arbeit
Die Studie nutzte Forschungsmethoden wie miniaturisierte Dual-Photon-Bildgebungstechniken und stellte fest, dass eine langfristige Simulation von Gewichtslosigkeit zu einer allmählichen Abnahme der motorischen Funktion von Mäusen führte und eine anhaltende Veränderung der neuronalen Aktivität der L2/3-Schicht der motorischen Kortex ihrer hinteren Gliedmaßen begleitete. Diese Neuronen können in drei Kategorien unterteilt werden: "aktiv", "unterdrückt" und "unresponsiv", und sie zeigen eine hohe Heterogenität der Reaktionsmerkmale in einer analogen Gewichtslosigkeit-Umgebung, in der die Aktivität der aktiven Neuronen in der aktiven und passiven Bewegung im Laufe der Zeit zunimmt, aber der Anteil der aktiven Neuronen im Zusammenhang mit der passiven Bewegung sinkt und der Anteil der aktiven Bewegung bleibt unverändert. Es ist bemerkenswert, dass nach zwei Wochen der Erholung das motorische Verhalten der Mäuse wieder normal war, und obwohl es eine gewisse Verzögerung in der Erholung von teilweise neuronaler Aktivität gab, kehrten der Anteil und das Aktivitätsniveau der gleichen Typen von Neuronen zum größten Teil auf den Ausgangszustand zurück (Abbildung 1).
Abbildung 1. Modell zur Simulation des beweglichen Verhaltens unter Gewichtslosigkeit und der Aktivität der Kortikalneuronen in der Bewegungsbewegung der hinteren Gliedmaßen
In dieser Studie führten die Forscher zunächst Verhaltenstests an Mäusen durch, die zu verschiedenen Zeiten Gewichtslosigkeit simulierten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Bewegungsfähigkeit der Mäuse mit der Verlängerung der Simulationszeit schrittweise zurückging. In einem aktiven Bewegungsexperiment im Abstand wurde das aktive Bewegungsverhalten von Mäusen, die an 28 Tagen von Gewichtslosigkeit simuliert wurden, im Vergleich zu 14 Tagen weiter abgenommen, was darauf hindeutet, dass die Funktionsänderungen des Nervensystems (insbesondere der motorischen Kortex der hinteren Gliedmaßen), die durch die Simulation von Gewichtslosigkeit verursacht wurden, neben der Muskelatrophie ebenso wichtig für die progressiven Veränderungen dieser motorischen Fähigkeit waren (Abbildung 2).
Abbildung 2: Der durch die Simulation der Gewichtslosigkeit verursachte progressive Rückgang der motorischen Funktion, die sich nach zwei Wochen nach dem Ende des Hexenhangs wieder normalisiert
Als nächstes stellten die Forscher fest, dass die neuronale Aktivität in der motorischen Kortex der hinteren Gliedmaßen in einer langfristigen Simulation von Gewichtslosigkeit drei verschiedene Reaktionsmuster zeigte, wobei 22,9% der neuronalen Aktivität signifikant verringert, 18% der neuronalen Aktivität signifikant erhöht und die verbleibenden 59,1% der neuronalen Aktivität keine signifikanten Veränderungen hatten (Abbildung 3, Video 1). Diese Ergebnisse bestätigen den Zustand, in dem die Simulation von Gewichtslosigkeit zu einer anhaltenden Störung der neuronalen Aktivität auf Einzelzellebene führt, was eine wichtige Grundlage für ein tieferes Verständnis der Auswirkungen der Simulation von Gewichtslosigkeit auf die neuronale Funktion bietet.
Abbildung 3. Dual-Photonen-Calcium-Bildgebung enthüllt die Simulation von Heterogenen Veränderungen in der Aktivität von Motorkortikalen Neuronen bei Mäusen, die durch Gewichtslosigkeit induziert wurden
Durch die Verwendung von Doppelfotonen-Bildgebung zur Analyse der Kalzium-Aktivität auf Einzelzellebene von Motorkortiksneuronen der hinteren Gliedmaßen fanden die Forscher heraus, dass die Motorneuronen der hinteren Gliedmaßen im Verhaltensparadigma der aktiven Bewegung (Abwesenheitsexperiment) und der passiven Bewegung (Rotationsexperiment) in drei Kategorien unterteilt werden können "aktiv", "hemmend" und "nicht ansprechend", und dass die Eigenschaften und Verhältnisse der Kalzium-Aktivität dieser drei Kategorien bei simulierter Gewichtslosigkeit hoch heterogen sind. Insbesondere erhöhte sich die Aktivität der aktivierten Neuronen in der motorischen Kortex der hinteren Gliedmaßen bei der Aufrechterhaltung des aktiven motorischen Verhaltens bei hoher Geschwindigkeit bei 28 Tagen der Simulation von Gewichtslosigkeit gegenüber 14 Tagen, was bedeutet, dass die Aufrechterhaltung des motorischen Verhaltens bei hoher Geschwindigkeit mehr Neuronenaktivierung erfordert, wenn sich die Zeit der Simulation von Gewichtslosigkeit verlängert (Abbildung 4). Während das passive motorische Verhalten des Drehstangelexperiments, obwohl es keinen Unterschied zwischen der Drehstangelfall-Zeit der 14- und 28-Tage-Simulation der Restrukturierung gab, änderten sich die Aktivität und das Verhältnis der motorischen Kortikalneuronen der Rückextremität, die die passive Bewegung auf dem Drehstangel aufrechterhalten, signifikant, was bestätigte, dass die Simulation der Restrukturierung eine kontinuierliche Veränderung der neuronalen Aktivität in dieser Region verursachte.
Abbildung 4. Simulation der Bewegungskorteksneuronalen-Aktivität der hinteren Gliedmaße unter Gewichtslosigkeit in Abwesenheitsexperimenten
Darüber hinaus enthüllte die Studie den molekularen Mechanismus der Simulation von Gewichtslosigkeit, der die motorische Kortex der hinteren Gliedmaßen beeinflusst. Im analogen Zustand der Gewichtslosigkeit wurden in der motorischen Kortes der Mäuse signifikante Veränderungen in den Genen, die mit der Dopaminergetischen Neurodifferenziation, der Synapsotransmission und der Plastizität sowie der neuroendokrinen Regulierung verbunden sind, mit einer deutlichen Veränderung der Genexpression der Dopaminergetischen Signalwege, die für die Bewegungskontrolle von entscheidender Bedeutung sind. Gleichzeitig kann die Entlastung der hinteren Gliedmaßen die immunentzündungsbezogenen Wege in der Motorkortex erheblich anreichern und die Neurozzündungsbezogenexpression wie Ccl3 und Il31ra erhöhen, während Neurozzündungen eine wichtige Ursache für Veränderungen der neuronalen Funktion in dieser Region sind.
Die Studie erläutert die dynamischen Anpassungsregeln der motorischen Kortikalneuronen der unteren Rückextremitäten auf Einzelzellebene, die eine wichtige Rolle des zentralen Nervensystems bei der Veränderung der astromotorischen Funktion simulieren. Das Muster der „neuronalen Heterogeneitätsreaktion“ undDopamin-SignaleDie Aktivierung von neuroinflammatorischen Wegen durch potenzielle Regulierungsmechanismen bei neuronalen Funktionsveränderungen durch Gewichtslosigkeit bietet theoretische Grundlagen und neue Ideen für die Entwicklung gezielter Schutzmaßnahmen gegen neurofunktionelle Störungen im Raum. Gleichzeitig bietet die Studie eine modulare Datenbasis für die Analyse von neuroregulatorischen Mustern der motorischen Funktion während des Weltraumflugs und bietet eine neue Perspektive für die Untersuchung der Mechanismen der neuroplastischen Regulierung des Zentralsystems, der sich an die Simulation einer gewichtslosen Umgebung anpasst.
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Der Forscher Li Yingxian und der stellvertretende Forscher Li Jianwei vom China Astronaut Research and Training Center, der Forscher Zhang Lifeng vom Nanjing Institute for Molecular Medicine of Peking University und der Forscher Lingshuiwan vom Jiangjiang Laboratory sind Co-Kommunikationsautoren des Papiers. Fan Yuan Yuan, Associate Professor des China Astronaut Research Training Center / Henan University School of Life Sciences, sowie Lijianwei, Associate Professor des China Astronaut Research Training Center, sind Co-Erstautorin der Arbeit. Die Studie wurde finanziert von mehreren Projekten wie dem Großprojekt "Wissenschaft und Technologie 2030 - Hirnwissenschaften und Hirnforschung", dem Nationalen Naturwissenschaftlichen Fonds, dem Explorationsprogramm des Nanjing-Gehirnobservatoriums und dem China Post-Doctoral Science Fund.