Группа ученых выяснила, что такая стимуляция активирует мышцы, отвечающие за движение, и способствует не только началу ходьбы, но и поддержанию ее ритма. Это открытие может значительно улучшить методы реабилитации пациентов с травмами спинного мозга, паркинсонизмом и другими двигательными нарушениями.

Международная команда исследователей, возглавляемая Павлом Мусиенко, заведующим лабораторией нейропротезов СПбГУ, провела исследования, направленные на понимание механизмов работы спинного мозга при движениях. Спинной мозг играет ключевую роль в управлении движениями, и в нем находятся нейроны, формирующие локомоторную сеть, отвечающую за координацию шагов. Однако при травмах спинного мозга эта сеть может быть повреждена, что приводит к утрате двигательных способностей.

В своей работе ученые использовали эпидуральную электростимуляцию (ЭЭС) — метод, при котором электрические импульсы подаются через электроды, расположенные на поверхности спинного мозга. Хотя этот подход уже применяется для восстановления движений у пациентов с травмами, детали механизма активации нейронных сетей оставались неясными. Ученые провели уникальные эксперименты на движущихся животных, одновременно регистрируя активность нейронов с помощью мультиэлектродных матриц.

Результаты исследования показали, что ЭЭС может запускать локомоторную сеть, даже если она ранее не была активна. Ученые проанализировали реакции нейронов и мышц на электрическую стимуляцию и изучили, как меняется активность в зависимости от условий, таких как ходьба или покой. Исследование было проведено в сотрудничестве с Нобелевским департаментом нейрофизиологии Каролинского института (Швеция), Университетом «Сириус», Институтом физиологии имени И. П. Павлова РАН и Центром мозга и нейротехнологий Федерального медико-биологического агентства РФ.

Ранее Павел Мусиенко и его команда установили, что нейромедиатор серотонин играет важную роль в восстановлении двигательных функций после травм. Они также разработали систему биомиметической нейростимуляции, которая передает информацию в неповрежденные участки нервной системы. В ходе текущего исследования выяснилось, что электрические импульсы заставляют нейроны работать так, будто организм готовится к движению, причем активность нейронов меняется в зависимости от фазы движения.

Ученые также обнаружили, что разные группы нейронов реагируют на электрическую стимуляцию по-разному. Это открытие позволило понять, как поддерживать высокий уровень возбудимости нейронной сети, необходимый для выполнения движений, не нарушая ритм ходьбы. Павел Мусиенко отметил, что полученные результаты имеют значительное значение для клинических подходов к нейромодуляции и нейропротезированию.

Санкт-Петербургский государственный университет, основанный в 1724 году, является старейшим университетом России и одним из крупнейших научно-образовательных центров страны. В университете обучается более 20 тысяч студентов, и здесь работают более 15 крупных лабораторий и 23 ресурсных центра. Недавно в Санкт-Петербурге был официально установлен новый праздник — День СПбГУ, что подчеркивает важность этого учебного заведения для города и страны.