Aby poruszać się precyzyjnie, zwierzę musi wiedzieć nie tylko, co dzieje się w jego otoczeniu, lecz także co dzieje się z jego własnym ciałem. Propriocepcja, czyli zdolność odczuwania położenia i ruchu własnego ciała, opiera się na sygnałach mechanicznych powstających w wyniku zmian zachodzących w mięśniach, stawach i tkankach podczas ruchu. Ssaki i głowonogi rozwiązują ten problem, wykorzystując zupełnie odmienne budowy ciała i układy nerwowe. Temu zagadnieniu poświęcone było otwarte seminarium, które odbyło się 2 lipca 2026 r. w Łukasiewicz – PORT. Wykład wygłosił dr Kuo-Sheng Lee z Institute of Biomedical Sciences, Academia Sinica w Tajpej, a jego tytuł brzmiał „Sensing the Environment and Self in Mammals and Cephalopods” („Postrzeganie środowiska i własnego ciała u ssaków i głowonogów”).
W centrum seminarium znalazło się jedno z fundamentalnych zagadnień neuronauki czuciowej: w jaki sposób układ nerwowy rozróżnia informacje pochodzące ze świata zewnętrznego od sygnałów generowanych przez samo ciało, a następnie je integruje. Szczególnie przydatne w badaniu tej granicy są bodźce mechaniczne. Dotyk może pochodzić z zewnątrz organizmu, ale rozciąganie, nacisk czy wibracje mogą również powstawać w wyniku jego własnych ruchów. Receptory w tkankach obwodowych przekształcają takie siły fizyczne w aktywność neuronalną, a ośrodkowy układ nerwowy musi odpowiednio szybko zinterpretować te sygnały, aby sterować postawą, ruchem i zachowaniem zwierzęcia.
Szerszy program badań Lee nad somatosensoryką ssaków pokazuje, jak proces ten rozpoczyna się na obwodzie czuciowym i jak sygnały te są następnie przetwarzane na kolejnych poziomach układu nerwowego. Jego badania obejmują m.in. mechanoreceptory wrażliwe na wibracje oraz sposób, w jaki informacje wibrotaktylne są reprezentowane w pniu mózgu. Badania ciałka Paciniego wykazały na przykład, że tworzące jego warstwową osłonę komórki Schwanna nie są jedynie biernymi elementami strukturalnymi – mogą aktywnie wpływać na czułość tego receptora wibracji. Wyniki te podważają tradycyjne ujęcie, w którym mechanosensorykę postrzega się wyłącznie jako funkcję zakończeń nerwów czuciowych.
Porównanie ze światem głowonogów pozwala spojrzeć na to samo zagadnienie w zupełnie odmiennym kontekście biologicznym. Ośmiornica kontroluje osiem niezwykle elastycznych ramion, które nie mają sztywnego szkieletu, jak kończyny kręgowców. Ramiona mogą się wydłużać, skracać, zginać i skręcać, co stwarza szczególne wyzwanie związane z określaniem ich położenia i koordynacją ruchu. Zakres tematyczny seminarium obejmował nie tylko propriocepcję i kontrolę ruchów ramion, lecz także kamuflaż, gojenie ran oraz regenerację złożonych obwodów neuronalnych. Głowonogi mają zdolność regeneracji nerwów, a nawet całych ramion, co czyni je cennymi modelami porównawczymi do badania sposobów odbudowy funkcji czuciowych i motorycznych po urazach.
Perspektywa porównawcza między gatunkami jest istotna, ponieważ ewolucja nie musi prowadzić do powstania takiej samej budowy anatomicznej, aby rozwiązać ten sam problem funkcjonalny. Zarówno ssaki, jak i głowonogi muszą określać stan własnego ciała, integrować te informacje z sygnałami pochodzącymi z otoczenia i przekładać odbierane bodźce na działanie, jednak wykorzystują do tego zupełnie odmienne struktury układu nerwowego i rozwiązania biomechaniczne. Porównanie tych rozwiązań pozwala określić, które zasady kontroli sensomotorycznej są wspólne dla różnych organizmów, a które wynikają ze specyfiki ich budowy ciała.
Program badawczy Lee łączy kilka metod działających na różnych, wzajemnie uzupełniających się poziomach. Obrazowanie dwufotonowe umożliwia monitorowanie aktywności określonych populacji neuronów z wysoką rozdzielczością przestrzenną, natomiast holograficzna optogenetyka pozwala selektywnie manipulować aktywnością wybranych komórek za pomocą światła. Elektrofizjologia dostarcza bezpośrednich pomiarów aktywności elektrycznej, a eksperymenty behawioralne z wykorzystaniem sprzężenia zwrotnego w czasie rzeczywistym pozwalają powiązać aktywność neuronalną z zachowaniem zwierzęcia, jednocześnie śledząc zmiany zachodzące w czasie rzeczywistym. Łączne zastosowanie tych metod pozwala badać cały ciąg procesów – od mechanotransdukcji w receptorach obwodowych, przez przetwarzanie informacji w obwodach neuronalnych, po zachowanie.
Zestawienie ssaków i głowonogów we wspólnej perspektywie badawczej pozwoliło połączyć podstawowe pytania dotyczące dotyku i propriocepcji z szerszymi zagadnieniami związanymi z kontrolą ruchu, neurobiologią porównawczą, neuroprotetyką i regeneracją. Seminarium pokazało również, dlaczego badanie organizmów o odmiennym pochodzeniu ewolucyjnym może poszerzyć katalog rozwiązań biologicznych dostępnych dla neuronauki i bioinżynierii. Otwarte seminaria tego rodzaju są okazją do wymiany wiedzy między badaczami reprezentującymi różne dziedziny oraz do porównywania koncepcji, metod i modeli eksperymentalnych wokół wspólnych pytań badawczych.
