Cercetătorii identifică zone ale creierului care controlează capacitatea de a efectua mișcări complexe, secvențiale

Într-o nouă serie de experimente cu șoareci antrenați să efectueze o secvență de mișcări și să „schimbe cursul” din impulsul momentului, oamenii de știință de la Johns Hopkins raportează că au identificat zone ale creierului animalelor care interacționează pentru a controla capacitatea de a efectua complexe. acțiuni, mișcări secvențiale, precum și pentru a ajuta șoarecii să revină atunci când mișcările lor sunt întrerupte fără avertisment.

Cercetarea, spun ei, ar putea ajuta într-o zi oamenii de știință să găsească modalități de a viza aceste regiuni la oameni și de a restabili funcția motrică cauzată de leziuni sau boli.

Rezultatele experimentelor conduse de Johns Hopkins au fost publicate pe 9 martie în Natură.

Pe baza măsurătorilor activității cerebrale a rozătoarelor special antrenate, cercetătorii au descoperit că trei zone principale ale cortexului au roluri distincte în modul în care șoarecii navighează printr-o secvență de mișcări: premotor, motor primar și somatosenzorial primar. Toate se găsesc pe straturile superioare ale creierului mamiferelor și sunt aranjate practic în mod similar la oameni.

Echipa a concluzionat că zonele motorii primare și cele somatosenzoriale primare sunt implicate în controlul mișcărilor imediate ale șoarecilor în timp real, în timp ce zona premotorie pare să controleze o întreagă secvență planificată de mișcări, precum și modul în care șoarecii reacționează și se adaptează atunci când secvența. este întreruptă în mod neașteptat.

Pe măsură ce animalele efectuează mișcări secvențiale, spun cercetătorii, este probabil ca zona premotorie să trimită semnale electrice prin intermediul celulelor nervoase speciale către celelalte două zone ale cortexului senzoriomotor și sunt planificate studii suplimentare pentru a urmări căile acestor semnale. printre straturile corticale. .

Indiferent dacă este vorba de un schi alpin olimpic sau de cineva care îndeplinește o sarcină de zi cu zi, cum ar fi conducerea, multe sarcini implică secvențe învățate de mișcări repetate iar și iar.”


Daniel O’Connor, Ph.D., profesor asociat de neuroștiințe, Școala de Medicină a Universității Johns Hopkins

O’Connor a condus echipa de căutare. Astfel de mișcări secvențiale pot părea banale și simple, spune el, dar implică organizare și control complexe în creier, iar creierul nu trebuie doar să dirijeze în mod corespunzător fiecare mișcare, ci și să le organizeze într-o serie întreagă de mișcări legate.

Când evenimentele neașteptate întrerup o secvență în curs, explică O’Connor, creierul trebuie să se adapteze și să direcționeze corpul pentru a reconfigura secvența în timp real. Eșecul în acest proces poate duce la un dezastru – o cădere sau un accident de mașină, de exemplu.

Oamenii în neuroștiință au studiat de mult modul în care mamiferele compensează atunci când o mișcare individuală – cum ar fi mâna la o ceașcă de cafea – este întreruptă, dar noul studiu a fost conceput pentru a aborda provocările de urmărire a ceea ce se întâmplă atunci când secvențe complexe de mișcări multiple trebuie rearanjate în timp real. pentru a compensa evenimentele neașteptate.

În cazul schiorului olimpic, de exemplu, schiorul se așteaptă să efectueze o serie planificată de mișcări pentru a se apropia și a trece prin porți de-a lungul unei coborâri, dar vor exista probabil momente în care un obstacol interferează traiectoria schiorului și forțează o schimbare a traiectoriei. . Clase.

„Cum creierul mamiferelor poate prelua un indiciu senzorial și, aproape instantaneu, îl poate folosi pentru a trece complet de la o secvență de mișcare continuă la alta rămâne în mare parte un mister.” O’Connor a lucrat cu Duo Xu, Ph.D., un fost student absolvent în laboratorul lui O’Connor, pentru a proiecta un set de experimente pe șoareci pentru a urmări regiunile creierului care procesează semnalul pentru a „schimba direcția”.

Pentru studiu, cercetătorii au creat mai întâi un „curs” pentru șoareci care au fost dresați să-și scoată limba și să atingă un „port” – un tub de metal. Când anchetatorii au mutat portul, șoarecii au învățat să-l atingă din nou. Pe parcurs, când portul a fost mutat în locația sa finală, șoarecii care l-au atins cu limba au primit o recompensă. Toate aceste antrenament au avut ca scop simularea unei secvențe repetate și așteptate de mișcări învățate, la fel ca coborârea schiorului.

Pentru a studia modul în care un semnal neașteptat poate păcăli creierul să-și schimbe cursul, cercetătorii au cerut șoarecilor să efectueze ceea ce oamenii de știință numesc un „proces flashback”. În loc să mute portul în următoarea locație din secvență, cercetătorii au mutat portul într-o locație anterioară, astfel încât, atunci când șoarecii și-au extins limba, nu au reușit să găsească portul, făcându-i să dea înapoi, să găsească portul și să progreseze. prin curs pentru a primi tratarea.

„Fiecare secvență de lisare a porturilor implică o serie de mișcări complexe de care creierul șoarecelui are nevoie pentru a organiza un plan de mișcare și apoi a efectua corect, dar și pentru a se rearanja rapid atunci când constată că portul așteptat nu este acolo”, spune O’Connor. . .

În timpul experimentelor, cercetătorii au folosit electrozi din creier pentru a urmări și înregistra semnalele electrice între neuronii din cortexul senzoriomotor, care controlează mișcarea generală. O creștere a activității electrice corespunde creșterii activității creierului. Deoarece multe zone ale cortexului ar putea fi activate atunci când șoarecii au trecut prin cursul experimentului, cercetătorii au folosit șoareci crescuți cu celule cerebrale modificate genetic, care în anumite părți ale cortexului pot fi selectiv „tăcuți” sau dezactivați. Astfel, oamenii de știință au reușit să perfecționeze locația zonelor creierului direct implicate în mișcare.

„Rezultatele oferă o nouă imagine a modului în care o ierarhie între rețelele neuronale din cortexul senzoriomotor gestionează mișcările secvențiale”, spune O’Connor. „Cu cât aflăm mai multe despre aceste rețele neuronale care interacționează, cu atât înțelegem mai bine disfuncția senzoriomotorie la oameni și cum să o corectăm”.https://www.hopkinsmedicine.org/”>

Sursă:

Referința jurnalului:

Xu, D. et al. (2022) Prelucrarea corticală a secvențelor senzoriomotorii flexibile și dependente de context. Natură. doi.org/10.1038/s41586-022-04478-7.

.

Add Comment