Предыдущие исследования динамики нейронных популяций в моторной коре головного мозга макак показали, что во время планирования и выполнения движения рукой популяции нейронов демонстрируют динамику вращения – каскады плавных и упорядоченных волн нейрональной активности, которые проходят через моторная кора.
Это поведение на уровне популяции было интерпретировано как показывающее, что моторная кора головного мозга действует как генератор паттернов, который заставляет мышцы вызывать движения.
«В предыдущей работе по достижению цели мои коллеги и я показали, что области мозга, которые контролируют движение, действуют как небольшая машина для генерации мышечных команд», – сказал соавтор Мэтью Кауфманн, доктор философии, доцент кафедры биологии и анатомии организмов в Калифорнийском университете в Чикаго. «То есть, упражнение следовало математическим« правилам », которые позволяли ему действовать как музыкальная шкатулка, чтобы команды каждой мышцы были правильно рассчитаны по времени относительно других."
Исследователи предположили, что эти паттерны активности представляют собой общий принцип нейронной активности в моторной коре, и что эта элегантная динамика является свойством нейронных цепей.
«Модель активности немного похожа на эффект домино», – пояснил старший автор Слиман Бенсмайя, доктор философии, профессор биологии и анатомии организмов семьи Джеймса и Карен Франк в Калифорнийском университете в Чикаго. "Идея состоит в том, что когда поведение начинается, это как сбить с ног то первое домино, а потом все остальные упадут по порядку.
Если вы настроите его резервную копию, он снова выполнит ту же последовательность."
Однако это новое исследование, которое вместо этого рассматривало поведение схватывания рук, а не вытягивания рук, не выявило такой четкой закономерности. Исследование, опубликованное в ноябре.
17 в E-Life, изучал нервную активность в моторной коре головного мозга.
«Мы хотели знать, присутствует ли один и тот же тип нейронной динамики во время движений рук, в которых задействован совершенно другой эффектор, производящий очень разные движения», – сказала соавтор исследования Аниша Суреш, доктор философии, бывшая аспирантка лаборатории Бенсмайя. «Мы записали нейронную активность в моторной коре головного мозга обезьян, когда они выполняли задачу на досягаемость и задачу на хватание, чтобы сравнить динамику двух движений."
В отличие от прошлых результатов, исследователи обнаружили, что захватывающее поведение вместо этого приводит к менее упорядоченным паттернам нейронной активности на уровне популяции и мало свидетельств динамики вращения, наблюдаемой при выполнении движений.
«Мы ожидали, что нейроны в этой сети будут активироваться в упорядоченных, предсказуемых последовательностях, подобных тем, которые, как считается, приводят в движение руку, когда она приближается к цели», – сказал соавтор исследования Джеймс Гудман, доктор философии, ныне постдокторский ученый в German Primate.
Центр. «Вместо этого паттерны активности, которые мы наблюдали во время схватывания, были гораздо более сложными и хаотичными, что в некоторых отношениях предполагает особенно важную роль чувств прикосновения и проприоцепции во время движений рук."
Эти результаты имеют смысл в контексте различий между движениями дотягивания и хватательными движениями. «Концептуально, работа, которую выполняют рука и кисть, различается», – сказал соавтор Николас Хатсопулус, доктор философии, профессор биологии организма, анатомии и неврологии в Калифорнийском университете в Чикаго. "Рука перемещает руку и перемещает руку в разные места для таких действий, как машет рукой или тянется за чашкой. Рука, с другой стороны, обычно участвует в манипулировании объектами, такими как хватание вещей, набор текста на клавиатуре и т. Д."
Это исследование поднимает новые вопросы, например, почему этот элегантный паттерн активности существует для движений тяги, но не для хватания, и существуют ли подобные паттерны для других типов движений. «Мозг использует такой паттерн для достижения цели, и подразумевается, что мозг будет использовать его и для других движений, и что, возможно, этот паттерн применим даже в других системах», – сказал Бенсмайя. "Но мы показали, что эта закономерность обобщается не везде, и тогда вопрос в том, насколько она общая на самом деле?"
Исследование «Динамика нервной популяции в моторной коре различается по охвату и захвату» было поддержано грантами NINDS NS082865, NS101325, NS096952, NS045853 и NS111982.
Елизавета Окорокова из Чикагского университета также является автором.