Durante voos tripulados de longo prazo, as mudanças no comportamento móvel causadas pelo ambiente de desempeso afetam diretamente a capacidade de trabalho dos astronautas, o que surge do efeito combinado de alterações na função do nervo motor central e atrofia muscular. Embora estudos confirmem que os voos espaciais causam mudanças na estrutura e função do cérebro, as características específicas das mudanças no nervo motor central permanecem incertas. Assim, é importante monitorar a atividade neurônica da córtex mótor em um ambiente de desequilíbrio simulado e explorar seus mecanismos reguladores para as mudanças no comportamento mótor. No entanto, previamente, devido à falta de ferramentas de registro de atividade neurônica de resolução unicelular dinâmica de longo prazo, capaz de monitorar em tempo real, não foi possível monitorar em tempo real as mudanças dinâmicas nos neurônios do córtex mótor durante o comportamento de movimento livre em ratos sem peso simulados.

Para analisar ainda mais os mecanismos neurológicos das mudanças na função longitudinal da córtex mótor desencadeadas pela despeso simulado e alcançar as mudanças dinâmicas na atividade dos neurônios da córtex mótor da extremidade posterior durante o período de recuperação a nível de célula única, o monitoramento dinâmico contínuo da atividade dos neurônios L2/3 da córtex mótor da extremidade posterior durante a fase de recuperação posterior do despeso simulado da extremidade posterior (HU) do rato foi realizado usando a tecnologia de bifotônica de miniaturização ultradimensional.

Figura 1. Modelo de padrões de mudança no comportamento mótor e na atividade dos neurônios do córtex mótor das extremidades posteriores sob falta de peso

Figura 2: Declínio progressivo da função móvel causado pela falta de peso simulada, que retorna ao normal duas semanas após o fim da penduradura de cauda

Figura 3. Imagens de cálcio de dois fotões revelam mudanças heterogêneas na atividade dos neurônios do córtex mótor da extremidade posterior de camundongos induzidos pela falta de peso simulada

Figura 4. Simulação de mudanças na atividade dos neurônios do córtex mótor das extremidades posteriores de camundongos sob falta de peso em experimentos de campo

Além disso, o estudo também revelou mecanismos moleculares que simulam a falta de peso afetando a córtex mótor dos membros traseiros. No estado de desempeso simulado, houve alterações significativas nos genes associados à neurodiferenciação dopaminérgica, à transmissão sináptica e à plasticidade e à regulação neuroendócrina no córtex mótor dos camundongos, com alterações significativas na expressão dos genes da via de sinalização dopaminérgica, essencial para o controle do movimento. Ao mesmo tempo, a descarga dos membros traseiros enriquece significativamente as vias imunoinflamatórias no córtex mótor, aumentando a expressão de genes relacionados à neuroinflamação, como Ccl3 e Il31ra, que são importantes causantes de alterações na função dos neurônios nesta região.

O estudo esclarece as regras de adaptação dinâmica que simulam os neurônios do córtex mótor da extremidade posterior inferior sem peso a nível unicelular, revelando o papel importante do sistema nervoso central nas mudanças funcionais do movimento espacial. O estudo descobriu padrões de "resposta neurônica heterogênea" eSinais de dopaminaA ativação de mecanismos reguladores potenciais de vias neuroinflamatórias para alterações na função neurônica causadas pela falta de peso fornece uma base teórica e novas ideias para o desenvolvimento de medidas de proteção direcionadas contra distúrbios da função neural espacial. O estudo também fornece uma base de dados mais modal para analisar os padrões de regulação neurológica das funções móveis durante voos espaciais, oferecendo uma nova perspectiva para explorar os mecanismos de regulação neuroplasticidade que adaptam o sistema central a ambientes de despeso simulados.