В течение долгого времени учёные задавались вопросом, почему нейроны головного мозга, управляющие движением, активируются в момент, когда люди только планируют начать движение. Более того, они становятся активны, когда мы представляем, что двигаемся или даже наблюдаем как кто-то делает движение, но при этом сами остаемся в покое. Ученые из Чикагского университета, работающие над этой загадкой, обнаружили, что сигналы в моторной коре головного мозга действуют подобно автомобильному сцеплению, когда дело доходит до движения, и даже не одно сцепления, а целая серия. Результаты исследования, опубликованные в издании Neuron, потенциально могут помочь разработать методы лечения людей с болезнью Паркинсона и другими двигательными расстройствами.
Моторная кора головного мозга

Давно известно, что, когда человек думает о движении или планирует начать движение, нейроны в моторной коре“загораются” и создают сигналы, называемые бета-колебаниями.

Авторы исследования сравнивают функцию этих сигналов со сцеплением в автомобиле с механической коробкой передач: если нажать педаль сцепления, а затем нажать на газ, двигатель автомобиля будет работать, но машина никуда не поедет, потому что у автомобиля в данный момент отсутствует связь между двигателем и колесами.

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 сами вы рукой не шевелите. Только тогда, когда вы действительно готовы двигаться, бета-колебания прекращаются и ваша рука движется — словно сцепление начинает передавать крутящий момент на трансмиссию автомобиля и он начинает движение.

Ученые обнаружили что этот сигнал «сцепления» в коре головного мозга лучше понимать не как одно сцепление, а как несколько сцеплений, которые взаимодействуют в организованном пространственном паттерне, который может начинаться на одном конце моторной коры и заканчиваться на другом. Каждый раз, когда начинается движение, эта организованная волна сцеплений — в действительности, групп запускающих нейронов — вступает во взаимодействие.

«Хотя этот механизм, похожий на сцепление, ранее наблюдался в отдельных областях двигательных отделов коры мозга, мы обнаружили, что начало движения связано с распространяющейся волной сцеплений по всей поверхности коры», — сказал ведущий автор работы нейрофизиолог Нико Хатсопулос. «Более того, мы предоставили первое причинное доказательство того, что эта волна является необходимым условием для начала движения».

Исследователи изучили трех макак-резусов, которых поощряли вкусным соком каждый раз, когда они выигрывали видеоигру. Игра требовала, чтобы обезьяны использовали джойстик для перемещения курсора по экрану к цели. Электроды, имплантированные в область коры мозга, отвечающую за движения руками, регистрировали нейронную активность движения руки, вовлеченной в манипулирование джойстиком.

Путем электрической микростимуляции нескольких участков в моторной коре для создания волн стимуляции, исследователи смогли изменить время реакции обезьян при определенных условиях. Когда они применяли стимуляцию в направлении естественной волны бета-колебаний, начало движения обезьяны оставалось неизменным. Но когда они стимулировали нейроны в противоположном направлении — время реакции замедлялось.

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 исследователи изучают, возникают ли похожие паттерны сигналов в моторной коре при движении языка, и можно ли манипулировать началом движения языка с помощью микростимуляции.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.