Распутывая, где и когда ходить в мозг

By Антон Макарук No comments

Распутывание, где и когда ходить в мозг
                Члены лаборатории Кэри участвуют в этом исследовании. Слева направо: Меган Кэри, Дана Дармохрей, Уго Маркес и Джовин Джейкобс. Предоставлено: Александр Азинхейра.

Представьте себе, как вы ходите по двум беговым дорожкам в спортзале, одна сторона движется быстрее другой. Сможете ли вы приспособиться к этим переменам и придумать новый способ ходьбы, или вы будете колебаться и спотыкаться, когда ваши ноги колеблются, совершенно не синхронизировано?
                                                                                       

Это может показаться экстремальным сценарием, но, не осознавая этого, наш мозг регулярно адаптирует наши схемы ходьбы. Это происходит, когда вы учитесь кататься на роликах, ходите по неустойчивой местности, например, по горной дороге, или даже просто врываетесь в новую пару туфель на высоком каблуке.

Как нам удается справиться с этими задачами? Ответ — практика. Мозг учится, пытаясь снова и снова, пока не отрегулирует команды движения, необходимые для достижения наших целей. Эта способность изучать новые двигательные паттерны может быть выявлена ​​с помощью «беговой дорожки с разделенным поясом», которая налагает различные скорости на каждую сторону тела, вызывая асимметричную ходьбу. Люди учатся восстанавливать симметрию за несколько минут ходьбы с расщепленным поясом.

От двух ног до четырех

Чтобы понять, как мозг изучает новые двигательные паттерны, лаборатория доктора Меган Кэри в Центре неизвестных в Лиссабоне, Португалия, разработала беговую дорожку с разрезным ремнем для мышей. Это позволяет им манипулировать нейронной активностью в определенных популяциях нейронов, чтобы проверить их роль в локомоторном обучении. В статье, опубликованной сегодня в журнале Neuron, лаборатория демонстрирует, что мыши учатся очень похоже на людей, и раскрывает понимание того, как мозг делает это обучение.

«Мы были удивлены поразительным сходством между локомоторным обучением человека и мыши», — говорит доктор Кэри. Как и у людей, обучение у мышей с разделенным поясом зависит от мозжечка, области мозга, расположенной у основания мозга, которая контролирует координацию и различные формы двигательного обучения. Кроме того, обучение как человека, так и мыши имеет два отдельных компонента, которые адаптируются с разной скоростью — пространство и время.


            Эта анимация иллюстрирует различные этапы адаптации ходьбы мыши на беговой дорожке с разрезным ремнем. Предоставлено: Александр Азинхейра.

Распутывание пространства и времени в мозге

«Когда мы идем (особенно на португальском калькаде!), мы должны поставить ноги в нужное место, в нужное время. Любой из них сам по себе недостаточен», — говорит доктор Кэри. «Мы обнаружили, что контроль» где «и» когда «достигается по-разному в мозжечке».

Для изучения обучения сплит-пояса на мышах команда Кэри использовала LocoMouse, алгоритм компьютерного зрения, который они ранее разработали в лаборатории, который отслеживает движения лап, носа и хвоста мыши неинвазивно с течением времени.

Используя LocoMouse в сочетании с молекулярно-генетическими инструментами для манипулирования нейронной активностью, исследователи смогли не только точно определить, как адаптировались движения каждой из четырех конечностей во время обучения, но также распутать «когда» и «где» локомоторного обучения, в мозге.

«Мы обнаружили, что две стороны мозга по-разному влияют на пространственные и временные компоненты обучения», — объясняет Дана Дармохрей, аспирант лаборатории Кэри и первый автор исследования. «Мы обнаружили, что пространственное обучение было нарушено, когда мы манипулировали нейронной активностью по обе стороны от мозжечка. Напротив, временное обучение было затронуто только в том случае, если нейронной активностью манипулировали на быстрой стороне беговой дорожки».

«Латерализация, которую мы обнаружили на нейронном уровне, очень хорошо соответствовала нашему поведенческому анализу», — говорит Кэри. «В то время как все четыре конечности внесли свой вклад в пространственное обучение, передняя быстрая лапа внесла уникальный вклад в обучение во времени. Взятые вместе, эти результаты показывают, что изучение» где «и» когда «размещать ноги обрабатывается отдельно в мозге. «

Будущее

Локомоторное обучение на беговой дорожке с разделенным поясом используется в качестве реабилитационной терапии у людей с асимметричной ходьбой, таких как пациенты с инсультом. «Учитывая многие сходства, которые мы обнаружили между обучением мыши и человека, мы надеемся, что, возможно, однажды полученные знания этой системы могут быть использованы для разработки новых терапевтических подходов для людей», — говорит Кэри.

р. Кэри и ее команда уже готовятся к следующему набору задач: «Теперь, с помощью инструментов, которые мы разработали, мы можем начать исследовать, как мозг справляется с координационными задачами, такими как этот, более подробно. Далее, мы хотим выяснить, как мозг разрушает сенсорные и моторные сигналы для калибровки движения в пространстве и времени «, — заключает она.

Добавить комментарий