Vědci zpochybňují učebnice, jak mozek specifikuje pohyb

Když vážíte dvě možné akce, musí se váš mozek rozhodnout, co dělat a jak to udělat. Například, pokud kniha a pohár sedí vedle sebe na stole, váš mozek se musí rozhodnout, zda si chcete román přečíst nebo pít kávu-vybrat akci, kterou je třeba podniknout. Váš mozek také musí přijít na to, zda potřebujete dosáhnout 20 stupňů jednosměrně pro knihu nebo 20 stupňů naopak pro pohár – specifikace akce.

Po celá desetiletí si většina neurovědců myslela, že jedna oblast mozku, Bazální gangliabyl zodpovědný za výběr akcí a další oblast, motorická kůraPro specifikaci akce.

Nyní, s použitím nového systému vyvinutého v Janelii, vědci vedenou Dudman Lab zjistili, že část bazálních ganglií zvaná striatum není zapojena do výběru akce, jak se dříve myslelo. Místo toho striatum a motorová kůra spolupracují na určení parametrů pohybu, aby se akce dokončila.

Nová práce vrhá světlo na roli striata ovládání motoruinformace, které by mohly pomoci vědcům lépe porozumět Poruchy pohybujako Parkinson’s a Huntington’s. Studie je Publikováno v časopise Neuron.

„Nyní můžeme začít myslet: Jak je striatum ovládána rychlost pohybu, jak to přivedeme zpět online, jak to zlepšujeme,“ říká vedoucí skupiny Janelia Josh Dudman. „Přesnější, koncepční model pro to, jak striatum funguje, bude pro nás v konečném důsledku užitečné, abychom jasněji přemýšleli o tom, jak obnovit funkci.“

Návrh, sestavení, test

Projekt začal před deseti lety, když Dudman a jeho tým začali vidět data ze striata, která čelila stávajícím modelům o roli mozkové oblasti.

Jejich data se shodovala s dalšími pozorováními o striatu, které zpochybňovalo jeho tradiční roli. Například oblast je spojena s motorickým systémem a naznačuje, že by mohla být zapojena do mechaničtějších aspektů chování. Pacienti s poruchami pohybu, kteří ovlivňují bazální ganglie, dále, jako jsou Parkinsonovy nebo Huntington’s, nemají potíže s rozhodováním, co chtějí dělat, ale mají potíže s pohybem končetin, aby to udělali.

Tým se rozhodl otestovat svou hypotézu, že striatum může být zapojeno do mechaničtějších aspektů flexibilní, cílené akce.

Aby vědci škádlili různé možnosti, navrhli experiment, kde jsou akce téměř stejné – vykreslení knihy zahrnuje pohyb jen mírně odlišný od vyzvednutí šálku. V tomto případě by vzorce nervové aktivity byly podobné pro specifikaci, ale odlišné pro výběr. To by vědcům umožnilo rozlišovat mezi oběma akcími.

Vědci spolupracovali s experimentální technologií Janelia na navrhování nového systému „Reach-to-Pull“, kde může být joystick v jedné ze dvou mírně odlišných pozic, které pro přístup vyžadují téměř podobné pohyby.

Vědci současně zaznamenali nervovou aktivitu ve striatu i motorové kůře myši, když sáhl po a poté vytáhl joystick, aby získal odměnu za vodu. Našli to Neurální aktivita V obou oblastech mozku bylo stejné, když zvíře dorazilo a vytáhlo joystick na různých místech. Tyto výsledky naznačují, že oba striatum a motorická kůra se podílí na specifikaci, nikoli výběru a že spolupracují, aby zvíře umožnily zvolit, jak provést akci.

Práce týmu vyvolává otázky o tom, jak tyto dvě mozkové oblasti koordinují, aby přispěly ke stejné funkci. Spíše než mít více mozkových oblastí provádějících přesně stejnou funkci – obvykle má „příliš mnoho kuchařů v kuchyni“ – se zdá, že každá oblast pravděpodobně přispívá jemné variace. Nová zjištění naznačují, že chování nevyplývá z jediného agenta, ale je důsledkem toho, že mnoho částečných agentů pracuje společně.

Výzkum také podrobně popisuje nový systém pro testování hypotéz o úloze různých oblastí mozku ve flexibilní, cíle zaměřené akci-projekt, o kterém vědci tvrdí, že Janelia zmocnil.

„Je to obrovský rozdíl, že jsme v prostředí, kde můžeme říci, věřím, že můžeme včas postavit nový experimentální hardware, který musíme provést experiment, který jsme navrhli,“ říká Dudman. „Nejde jen o to, že to zrychluje – bere to od nad prahovou příležitostí pod náklady na prahovou příležitost a my to můžeme opravdu vyzkoušet.“