Trong quá trình bay có người lái dài hạn, sự thay đổi hành vi vận động do môi trường không trọng lượng gây ra ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của phi hành gia, vấn đề này bắt nguồn từ sự thay đổi chức năng thần kinh vận động trung ương và sự teo cơ. Mặc dù đã có nghiên cứu xác nhận bay vào vũ trụ có thể dẫn đến thay đổi cấu trúc và chức năng não, nhưng đặc điểm thay đổi cụ thể của thần kinh vận động trung ương vẫn chưa rõ ràng. Do đó, hoạt động của tế bào thần kinh trong vỏ não vận động được theo dõi trong một môi trường mô phỏng không trọng lượng và điều tra cơ chế điều tiết của nó đối với những thay đổi trong hành vi vận động có ý nghĩa quan trọng. Tuy nhiên, trước đây, do thiếu các công cụ ghi lại hoạt động của tế bào thần kinh có độ phân giải đơn bào, động lực học dài hạn, có khả năng theo dõi thời gian thực, không thể theo dõi thời gian thực các thay đổi động lực của các tế bào thần kinh vỏ não vận động mô phỏng ở chuột không trọng lượng trong hành vi vận động tự do.

Để phân tích thêm các cơ chế thần kinh mô phỏng những thay đổi trong chức năng dọc của vỏ não vận động do không trọng lượng gây ra, để đạt được các quy luật thay đổi động học mô phỏng không trọng lượng ở cấp độ đơn bào và hoạt động của tế bào thần kinh vận động ở vỏ não vận động của chi sau trong thời gian phục hồi của nó, việc theo dõi động học liên tục hoạt động của tế bào thần kinh L2/3 ở vỏ não vận động của chi sau mô phỏng không trọng lượng (HU) và các giai đoạn phục hồi tiếp theo đã được thực hiện bằng cách sử dụng công nghệ Dual Photon thu nhỏ siêu chiều.

Sơ đồ 1. Sơ đồ mô hình thường xuyên của những thay đổi trong hành vi vận động mô phỏng không trọng lượng so với hoạt động của tế bào thần kinh trong vỏ não vận động của chi sau

Hình 2. Mô phỏng sự suy giảm dần dần trong chức năng vận động do không trọng lượng, sự thay đổi này trở lại bình thường hai tuần sau khi kết thúc cần cẩu đuôi

Hình 3. Hình ảnh canxi hai photon cho thấy những thay đổi không đồng nhất trong hoạt động của tế bào thần kinh vỏ não vận động mô phỏng không trọng lượng gây ra ở chuột

Hình 4. Mô phỏng những thay đổi trong hoạt động tế bào thần kinh vỏ não vận động của chi sau ở chuột không trọng lượng trong thí nghiệm vắng mặt

Ngoài ra, nghiên cứu đã tiết lộ các cơ chế phân tử mô phỏng không trọng lượng ảnh hưởng đến vỏ não vận động của chi sau. Trong trạng thái không trọng lượng mô phỏng, những thay đổi đáng kể trong vỏ não vận động của chuột liên quan đến sự khác biệt thần kinh dopaminergic, truyền synap liên quan đến độ dẻo và điều hòa thần kinh nội tiết, trong đó có những thay đổi rõ rệt trong biểu hiện của các gen con đường tín hiệu dopaminergic quan trọng để kiểm soát vận động. Đồng thời, khử tải chi sau làm giàu đáng kể các con đường liên quan đến miễn dịch viêm trong vỏ não vận động, điều chỉnh biểu hiện của các gen liên quan đến viêm thần kinh như Ccl3 và Il31ra, một nguyên nhân quan trọng gây ra những thay đổi trong chức năng tế bào thần kinh trong khu vực.

Nghiên cứu đã làm sáng tỏ các quy luật thích ứng động của các tế bào thần kinh vỏ não vận động của chi sau mô phỏng không trọng lượng ở cấp độ đơn bào, tiết lộ vai trò quan trọng của hệ thần kinh trung ương trong việc thay đổi chức năng vận động không gian. Nghiên cứu phát hiện ra mô hình phản ứng dị chất của tế bào thần kinh vàTín hiệu dopamineĐường dẫn viêm thần kinh kích hoạt cơ chế điều tiết tiềm năng đối với sự thay đổi chức năng tế bào thần kinh do mất trọng lượng đã cung cấp căn cứ lý thuyết và ý tưởng mới để phát triển các biện pháp bảo vệ nhằm vào rối loạn chức năng thần kinh hàng không vũ trụ. Nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở dữ liệu bổ sung cho việc phân tích các mô hình điều hòa thần kinh của chức năng vận động trong chuyến bay vũ trụ, cung cấp một góc độ mới để điều tra các cơ chế điều chỉnh độ dẻo thần kinh của hệ thống trung ương để thích nghi với môi trường không trọng lượng mô phỏng.