Как волны «сцеплений» в коре помогают нашему мозгу инициировать движение

В течение десятилетий ученые задавались вопросом, почему специфические клетки мозга, которые управляют движением, запускаются, когда люди просто планируют или воображают, что делают движение, или наблюдают, как кто-то делает движение, но на самом деле не двигаются сами.

Давно известно, что когда человек думает или планирует движение, нейроны загораются в моторной коре и создают сигнал, называемый бета-колебанием. Ученые сравнивают функцию этого сигнала со сцеплением в автомобиле с механической коробкой передач: если нажать педаль сцепления, а затем нажать на газ, двигатель автомобиля будет вращаться, но он не будет двигаться. Аналогично, если вы просто представляете, как двигаете рукой, или наблюдаете, как кто-то двигает рукой, этот сигнал в вашей моторной коре сохраняется или даже усиливается, но вы не двигаете рукой. Только тогда, когда вы действительно готовы двигаться, бета-колебания прекращаются и ваша рука движется.

Результаты исследования, опубликованные недавно в журнале Neuron, потенциально могут однажды привести к лечению людей с болезнью Паркинсона и других двигательных расстройств.

«Эта работа является доказательством того, что крупномасштабные, пространственно организованные паттерны мозга имеют отношение к поведению»,

– сказал нейрофизиолог Нико Хатсопулос, доктор философии, профессор биологии и анатомии организма и старший автор исследования.

Хатсопулос и его команда обнаружили, что этот сигнал «сцепления» в моторной коре лучше понимается не как один, а как несколько сцеплений, которые взаимодействуют в организованном пространственном паттерне, который может начинаться на одном конце моторной коры и заканчиваться на другом. 

«Хотя этот механизм, похожий на сцепление, ранее наблюдался в отдельных местах моторной коры, мы обнаружили, что начало движения связано с распространяющейся волной сцеплений по всей поверхности коры»,

– сказал Хатсопулос. 

Исследователи изучили трех макак-резусов, которые вознаграждались соком каждый раз, когда они выигрывали в видеоигру. Игра требовала, чтобы обезьяны использовали джойстик для перемещения курсора по экрану к цели. Электроды, имплантированные в область руки в моторной коре, регистрировали нейронную активность движения руки, вовлеченную в манипулирование джойстиком.

Путем электрической микростимуляции нескольких участков области руки в моторной коре головного мозга для создания волн стимуляции, исследователи смогли нарушить время реакции обезьян при определенных условиях. Когда они применяли стимуляцию таким образом, чтобы следовать естественной волне высвобождения сигналов, начало движения обезьяны оставалось неизменным. Но когда они стимулировали клетки в противоположном направлении волны, время реакции замедлялось.

«Это исследование впервые дает характеристику этого механизма, подобного сцеплению»,

– сказал Картикеян Баласубраманян, доктор философии, старший научный сотрудник в отделе биологии организма и анатомии, который возглавлял исследование. 

Этот подход стимуляции может, возможно, однажды помочь людям с такими заболеваниями, как болезнь Паркинсона, помогая им инициировать движение через пространственно-временную электрическую стимуляцию электродов в их моторных кортикальных слоях. Важно отметить, что этот новый подход стимуляции может быть полезен для понимания крупномасштабных нейронных паттернов по всему мозгу.

В настоящее время команда изучает, возникают ли похожие паттерны сигналов в моторной коре при движении языка, и можно ли манипулировать началом движения языка с помощью микростимуляции.

DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.02.011

Вас также может заинтересовать:

Как складки образуются на поверхности мозга

Химия мозга: от нейромедиаторов до психоделиков