Motoneuronai – tai nervinės ląstelės tiesiogiai valdančios raumenis. Motoneuronuose, kaip ir kitose neuronuose, įėjimo transformacija į išėjimą charakterizuojama perdavimo funkcija, kuri dažniausiai aprašoma tam tikro statumo tiesine priklausomybe. Didelis perdavimo funkcijos statumas leidžia išvystyti didelę raumens susitraukimo jėgą, o mažas – įgalina tikslų raumenų valdymą. Perdavimo funkcijos charakteristikas apsprendžia neurono membranoje esantys joniniai kanalai. Pavyzdžiui, veikimo potencialų adaptaciją sukeliantys joniniai kanalai perdavimo funkcijos statumą mažina. Be to, neuroninio tinklo veikimo metu išskirti neurotransmiteriai gali veikti joninius kanalus ir pritaikyti perdavimo funkciją konkretaus judesio vykdymui. Šio darbo tikslas buvo įvertinti nugaros smegenų motoneuronų perdavimo funkcijos ypatybes ir ištirti jos galimus modifikavimo mechanizmus. Tyrimams naudoti vėžlio nugaros smegenų motoneuronai. Disertacijoje parodėme, kad perdavimo funkcijos statumas įvertintas trikampiais srovės impulsais sutampa su stacionariu perdavimo funkcijos statumu, įvertintu stimuliuojant motoneuronus stačiakampiais srovės impulsais. Nustatėme, kad farmakologiškai padidintas motoneuronų membranos laidumas neįtakoja perdavimo funkcijos statumo. Taip pat parodėme, kad nuolatinė Na+ srovė sumažina pradinį ir ankstyvąjį perdavimo funkcijų statumus. / Motoneurons are the spinal neurons that directly control the muscle contraction. The gain characterizes how the synaptic input to motoneuron is converted in to action potential firing and subsequent muscle contraction. The high gain allows a high force and fast contraction, while the low gain is essential for a fine control of movements. The gain of motoneurons is mainly determined by a set of ion channels in membrane and therefore is a subject for modification. It is known, that the gain decreases during adaptation of action potential firing. Moreover, the neurotransmitters released during spinal network activity may modify the ion channel activity and therefore adjust the gain to the functional needs. The aim of this study was to evaluate the gain of spinal cord motoneurons and investigate mechanisms of its modification. Spinal motoneurons from adult turtle were used. We found that the gain of motoneurons estimated from triangular current ramps is the same as steady one obtained from square current steps. Pharmacologically increased conductance of motoneuron membrane does not change the gain. Finally, we demonstrated that persistent inward Na+ current increases excitability and reduces the transient and early gain of spinal motoneurons.

Motoneurons are the spinal neurons that directly control the muscle contraction. The gain characterizes how the synaptic input to motoneuron is converted in to action potential firing and subsequent muscle contraction. The high gain allows a high force and fast contraction, while the low gain is essential for a fine control of movements. The gain of motoneurons is mainly determined by a set of ion channels in membrane and therefore is a subject for modification. It is known, that the gain decreases during adaptation of action potential firing. Moreover, the neurotransmitters released during spinal network activity may modify the ion channel activity and therefore adjust the gain to the functional needs. The aim of this study was to evaluate the gain of spinal cord motoneurons and investigate mechanisms of its modification. Spinal motoneurons from adult turtle were used. We found that the gain of motoneurons estimated from triangular current ramps is the same as steady one obtained from square current steps. Pharmacologically increased conductance of motoneuron membrane does not change the gain. Finally, we demonstrated that persistent inward Na+ current increases excitability and reduces the transient and early gain of spinal motoneurons. / Motoneuronai – tai nervinės ląstelės tiesiogiai valdančios raumenis. Motoneuronuose, kaip ir kitose neuronuose, įėjimo transformacija į išėjimą charakterizuojama perdavimo funkcija, kuri dažniausiai aprašoma tam tikro statumo tiesine priklausomybe. Didelis perdavimo funkcijos statumas leidžia išvystyti didelę raumens susitraukimo jėgą, o mažas – įgalina tikslų raumenų valdymą. Perdavimo funkcijos charakteristikas apsprendžia neurono membranoje esantys joniniai kanalai. Pavyzdžiui, veikimo potencialų adaptaciją sukeliantys joniniai kanalai perdavimo funkcijos statumą mažina. Be to, neuroninio tinklo veikimo metu išskirti neurotransmiteriai gali veikti joninius kanalus ir pritaikyti perdavimo funkciją konkretaus judesio vykdymui. Šio darbo tikslas buvo įvertinti nugaros smegenų motoneuronų perdavimo funkcijos ypatybes ir ištirti jos galimus modifikavimo mechanizmus. Tyrimams naudoti vėžlio nugaros smegenų motoneuronai. Disertacijoje parodėme, kad perdavimo funkcijos statumas įvertintas trikampiais srovės impulsais sutampa su stacionariu perdavimo funkcijos statumu, įvertintu stimuliuojant motoneuronus stačiakampiais srovės impulsais. Nustatėme, kad farmakologiškai padidintas motoneuronų membranos laidumas neįtakoja perdavimo funkcijos statumo. Taip pat parodėme, kad nuolatinė Na+ srovė sumažina pradinį ir ankstyvąjį perdavimo funkcijų statumus.

Spinal cord integrates somatosensory information and generates coordinated motor responses. Temporal integration can be used for discrimination of important stimuli from noise. Here it is shown that temporal integration of somatosensory inputs in sub second time scale is possible without changes of intrinsic properties of motoneurons. The activity of premotor neurons increases during temporal integration and can be a mechanism for short term information storage in spinal cord. Suppression of motor activity after painful somatosensory stimulus is called cutaneous silent period. This motor suppression is well described in humans and used for diagnostics. However it is not known if the suppression of motor activity is due to inhibition of motoneurons or reduction of excitatory drive from premotor neurons. Here it is shown that motoneurons are inhibited during cutaneous silent period. Neural networks of spinal cord not only process somatosensory information but generate locomotion and reflexes too. It is accepted that neural networks controlling front and hind limb movements are located in cervical and lumbar enlargements respectfully. Here it is shown that thoracic segments of spinal cord contribute to hind limb movements as well. It means that neural network generating movements is much more widely distributed than previously thought. / Nugaros smegenys gauna somatosensorinę informaciją, ją integruoja ir generuoja motorinius atsakus. Disertacijoje parodoma, kad somatosensorinių įėjimų viršsekundinė laikinė integracija nugaros smegenų neuronų tinkle vyksta ne dėl motorinių neuronų vidinių savybių kitimo. Laikinės integracijos metu padidėja priešmotorinių neuronų aktyvumas ir tai gali lemti informacijos apie somatosensorinį įėjimą saugojimą. Somatosensorinis tylos periodas – tai motorinio aktyvumo slopinimas po skausmingo stimulo. Jis plačiai aprašytas žmonėse, bei taikomas diagnostikoje. Nepaisant plataus taikymo, somatosensorinio tylos periodo mechanizmai nėra ištirti – nebuvo žinoma ar šis motorinio aktyvumo slopinimas vyksta slopinant motorinius neuronus, ar eliminuojant motorinių neuronų žadinimą. Disertacijoje parodoma, kad somatosensorinio tylos periodo metu motoriniai neuronai yra slopinami. Be somatosensorinės informacijos apdorojimo nugaros smegenų neuronų tinklai užtikrina judėjimo ir refleksų valdymą. Yra priimta, kad priekines ir užpakalines galūnes valdantys neuronų tinklai išsidėstę atitinkamai nugaros smegenų kaklinės ir strėnų sričių išplatėjimuose. Disertacijoje parodoma, kad ir krūtininiai nugaros smegenų segmentai prisideda prie užpakalinių galūnių motorinio aktyvumo generavimo. Tai leidžia manyti, kad neuronų tinklas generuojantis judesius yra išplitęs labiau, nei manyta iki šiol.

Nugaros smegenys gauna somatosensorinę informaciją, ją integruoja ir generuoja motorinius atsakus. Disertacijoje parodoma, kad somatosensorinių įėjimų viršsekundinė laikinė integracija nugaros smegenų neuronų tinkle vyksta ne dėl motorinių neuronų vidinių savybių kitimo. Laikinės integracijos metu padidėja priešmotorinių neuronų aktyvumas ir tai gali lemti informacijos apie somatosensorinį įėjimą saugojimą. Somatosensorinis tylos periodas – tai motorinio aktyvumo slopinimas po skausmingo stimulo. Jis plačiai aprašytas žmonėse, bei taikomas diagnostikoje. Nepaisant plataus taikymo, somatosensorinio tylos periodo mechanizmai nėra ištirti – nebuvo žinoma ar šis motorinio aktyvumo slopinimas vyksta slopinant motorinius neuronus, ar eliminuojant motorinių neuronų žadinimą. Disertacijoje parodoma, kad somatosensorinio tylos periodo metu motoriniai neuronai yra slopinami. Be somatosensorinės informacijos apdorojimo nugaros smegenų neuronų tinklai užtikrina judėjimo ir refleksų valdymą. Yra priimta, kad priekines ir užpakalines galūnes valdantys neuronų tinklai išsidėstę atitinkamai nugaros smegenų kaklinės ir strėnų sričių išplatėjimuose. Disertacijoje parodoma, kad ir krūtininiai nugaros smegenų segmentai prisideda prie užpakalinių galūnių motorinio aktyvumo generavimo. Tai leidžia manyti, kad neuronų tinklas generuojantis judesius yra išplitęs labiau, nei manyta iki šiol. / Spinal cord integrates somatosensory information and generates coordinated motor responses. Temporal integration can be used for discrimination of important stimuli from noise. Here it is shown that temporal integration of somatosensory inputs in sub second time scale is possible without changes of intrinsic properties of motoneurons. The activity of premotor neurons increases during temporal integration and can be a mechanism for short term information storage in spinal cord. Suppression of motor activity after painful somatosensory stimulus is called cutaneous silent period. This motor suppression is well described in humans and used for diagnostics. However it is not known if the suppression of motor activity is due to inhibition of motoneurons or reduction of excitatory drive from premotor neurons. Here it is shown that motoneurons are inhibited during cutaneous silent period. Neural networks of spinal cord not only process somatosensory information but generate locomotion and reflexes too. It is accepted that neural networks controlling front and hind limb movements are located in cervical and lumbar enlargements respectfully. Here it is shown that thoracic segments of spinal cord contribute to hind limb movements as well. It means that neural network generating movements is much more widely distributed than previously thought.