Upptäckt att nervsystemet kontrollerar muskelsensorer för bättre rörelseprestation

Flera hjärnområden ändrar sin aktivitet inför frivilliga kroppsrörelser. En studie vid Umeå universitet visar en ny funktion hos denna förberedande neurala aktivitet och lyfter även fram att nervsystemet använder ytterligare en mekanism för bättre rörelseprestation.

Utan att vi är medvetna om det, förbereder hjärnan kroppen på frivilliga rörelser innan de utförs. Till exempel inträffar en sådan förberedelse mellan det att vi siktar en kaffekopp och att vi sträcker ut armen för att nå den. Neuroner i flera delar av hjärnan förändrar sin aktivitet under förberedelse inför rörelsen på ett sätt som speglar olika aspekter av målet, såsom den avsedda rörelseriktningen.

Det är känt att dessa förberedelser förbättrar reaktionstiden och rörelsens övergripande kvalitet, men det har varit oklart på vilket sätt förberedande hjärnaktivitet ger upphov till förbättrad motoriska prestanda. Det har inte funnits några tecken på uppenbara förberedelser i musklerna. En ny studie från Umeå universitet har dock identifierat en specifik förberedande nervmekanism som kan förklara förbättrad motoriska prestanda.

– Vår studie visar en förberedande förändring av känsligheten hos muskelspolereceptorer och de motoriska reflexerna som de möjliggör, säger Michael Dimitriou, forskare vid Institutionen för integrativ medicinsk biologi vid Umeå universitet och som har lett studien.

Muskelspolereceptorer är en sorts sensorer som kan mäta hur mycket en muskel sträcks. Muskelspolarna, även kallade muskelspindlar, levererar också signaler som utlöser och formar en sträckreflexrespons i musklerna. Till skillnad från andra receptortyper i muskler och hud, har muskelspolar tillgång till egna så kallade fusimotoriska fibrer. Nervsystemet kan därmed selektivt justera känsligheten hos muskelspolar.

– Genom att anpassa känsligheten hos muskelspolar och sträckreflexer under förberedelsen kan nervsystemet justera muskelstyvheten oberoende av samtidig muskelkraft, säger Michael Dimitriou.

Med muskelstyvhet avses musklernas mekaniska motstånd mot sträckning. Muskel- och ledstyvhet är en kritisk parameter för motoriska prestanda och framgångsrik interaktion med vår miljö. För mycket eller för lite styvhet påverkar funktionen negativt. Till exempel är för mycket styvhet i musklerna ett kännetecken för spastiska störningar.

– Vi upptäckte att reflexkänslighet och muskelstyvhet under förberedelse minskar selektivt i muskler som håller på att sträcka sig. För att främja frivilliga rörelser verkar nervsystemet självständigt modulera ’pauserna’ på ett fördelaktigt sätt innan vi påbörjar en rörelse. Den oberoende kontrollen av sensoriska receptorer kan vara ett annat sätt för nervsystemet att rutinmässigt utöva målberoende kontroll, förutom den hjärnstyrda kontrollen av muskelkraft, säger Michael Dimitriou. Vi hoppas att dessa nya kunskaper kan bidra till medicinsk och teknologisk utveckling, med appliceringar inom exempelvis proteser och robotik.

Studien är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Science Advances.

För mer information, kontakta gärna
Michael Dimitriou
Telefon: 072-552 39 96
E-post: michael.dimitriou@umu.se

Om den vetenskapliga publiceringen
Goal-dependent tuning of muscle spindle receptors during movement preparation
Stylianos Papaioannou, Michael Dimitriou
Science Advances 24 Feb 2021:
Vol. 7, no. 9, eabe0401
DOI: 10.1126/sciadv.abe0401
https://advances.sciencemag.org/content/7/9/eabe0401