Μια νέα μελέτη από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο διαπίστωσε ότι η δυναμική του νευρωνικού πληθυσμού στον κινητικό φλοιό είναι πολύ διαφορετική κατά τη διάρκεια της συμπεριφοράς προσέγγισης και σύλληψης, προκαλώντας μια δημοφιλή θεωρία που έδειξε εγγενή, δυναμικά πρότυπα ελέγχου των κινητικών συμπεριφορών. Προηγούμενη έρευνα που εξέτασε τη δυναμική του νευρικού πληθυσμού στον κινητικό φλοιό των πιθήκων macaque είχε δείξει ότι κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού και της εκτέλεσης μιας κίνησης με το χέρι, οι πληθυσμοί νευρώνων παρουσίασαν δυναμική περιστροφής – καταρράκτες ομαλών κυμάτων νευρωνικής δραστηριότητας που διέρχονται από τον κινητήρα του φλοιού.
Αυτή η συμπεριφορά σε επίπεδο πληθυσμού έχει ερμηνευτεί ως κινητικός φλοιός δρα ως γεννήτρια μοτίβων που οδηγεί τους μυς να προκαλούν κινήσεις. “Στην προηγούμενη εργασία για την επίτευξη, οι συνάδελφοί μου και εγώ δείξαμε ότι οι περιοχές του εγκεφάλου που ελέγχουν την κίνηση λειτουργούν σαν μια μικρή μηχανή για τη δημιουργία μυϊκών εντολών”, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Matthew Kaufmann, Ph.D., βοηθός καθηγητής οργανικής βιολογίας και ανατομίας στο UChicago. “Δηλαδή, η δραστηριότητα ακολούθησε μαθηματικούς κανόνες” που το άφησαν να ενεργήσει σαν ένα μουσικό κουτί, για να πάρει τις εντολές κάθε μυός να χρονομετρηθούν σωστά σε σχέση με τις άλλες.” Οι ερευνητές πρότειναν ότι αυτά τα μοτίβα δραστηριότητας αντιπροσωπεύουν μια γενική αρχή της νευρωνικής δραστηριότητας στον κινητικό φλοιό και ότι αυτές οι κομψές δυναμικές αποτελούν ιδιοκτησία των νευρικών κυκλωμάτων. «Το μοτίβο δραστηριότητας μοιάζει λίγο με το ντόμινο», εξήγησε ο ανώτερος συγγραφέας Sliman Bensmaia, Ph.D., ο καθηγητής Οικογένειας Βιολογίας και Ανατομίας του James and Karen Frank στο UChicago. “Η ιδέα είναι ότι καθώς ξεκινά η συμπεριφορά, είναι σαν να χτυπάς το πρώτο ντόμινο και έπειτα όλα τα υπόλοιπα θα πέσουν στη σειρά. Εάν το επαναφέρετε, θα κάνει την ίδια ακολουθία ξανά.”
Ωστόσο, αυτή η νέα έρευνα, που εξετάζει αντ ‘αυτού τη συμπεριφορά της χειρολαβής και όχι τη συμπεριφορά που έφτασε στο χέρι, δεν έβλεπε τόσο τακτοποιημένο μοτίβο. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο eLife, εξέτασε τη νευρική δραστηριότητα στον κινητικό φλοιό. «Θέλαμε να μάθουμε αν υπήρχε ο ίδιος τύπος νευρικής δυναμικής κατά τη διάρκεια των κινήσεων των χεριών, οι οποίες περιλαμβάνουν έναν πολύ διαφορετικό παράγοντα με πολύ διαφορετικές κινήσεις», δήλωσε η συν-πρώτη συγγραφέας Aneesha Suresh, Ph.D., πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής στο Εργαστήριο Bensmaia. «Καταγράψαμε τη νευρική δραστηριότητα στον κινητικό φλοιό των πιθήκων καθώς εκτελούσαν μια εργασία προσέγγισης και μια εργασία κατανόησης για να συγκρίνουν τη δυναμική των δύο κινήσεων».
Σε αντίθεση με τα προηγούμενα αποτελέσματα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι αντιληπτές συμπεριφορές παρήγαγαν λιγότερο ομαλά πρότυπα νευρωνικής δραστηριότητας σε επίπεδο πληθυσμού και λίγες ενδείξεις για τη δυναμική περιστροφής που παρατηρήθηκε με την επίτευξη των κινήσεων. “Περιμέναμε ότι οι νευρώνες σε αυτό το δίκτυο θα ενεργοποιηθούν με ομαλές, προβλέψιμες ακολουθίες, όπως αυτές που σκέφτηκαν να οδηγήσουν το χέρι καθώς φτάνει προς έναν στόχο”, δήλωσε ο συν-πρώτος συγγραφέας James Goodman, Ph.D., τώρα μεταδιδακτορικός επιστήμονας στο Γερμανικό Πρωτεύον Κέντρο. “Αντ ‘αυτού, τα πρότυπα δραστηριότητας που είδαμε κατά τη σύλληψη ήταν πολύ πιο περίπλοκα και χαοτικά, από ορισμένες απόψεις υποδηλώνουν έναν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο για τις αισθήσεις αφής και ιδιοκτησίας κατά τη διάρκεια των κινήσεων των χεριών.”
Αυτά τα αποτελέσματα έχουν νόημα στο πλαίσιο των διαφορών μεταξύ κινήσεων προσέγγισης και κινήσεων σύλληψης. “Εννοιολογικά, οι εργασίες που γίνονται με το χέρι είναι διαφορετικές”, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Νικόλαος Χατσόπουλος, Ph.D., καθηγητής βιολογίας και ανατομίας στο UChicago. “Ο βραχίονας μετακινεί το χέρι και το φέρνει σε διαφορετικές τοποθεσίες για ενέργειες όπως το να κουνηθείς ή το να φθάσεις σε ένα φλιτζάνι. Το χέρι, από την άλλη πλευρά, συνήθως εμπλέκεται στο χειρισμό αντικειμένων όπως πιάνοντας πράγματα, πληκτρολογώντας και ούτω καθεξής”. Αυτή η μελέτη εγείρει νέα ερωτήματα, όπως γιατί αυτό το κομψό μοτίβο δραστηριότητας υπάρχει για την επίτευξη κινήσεων αλλά όχι για σύλληψη και αν υπάρχουν παρόμοια μοτίβα για άλλους τύπους μοτίβων κίνησης. “Ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί αυτό το είδος μοτίβου για να φτάσει, και η συνέπεια ήταν ότι ο εγκέφαλος θα το χρησιμοποιούσε και για άλλες κινήσεις, και ότι ίσως το μοτίβο να ισχύει ακόμη και σε άλλα συστήματα”, δήλωσε ο Bensmaia. “Αλλά έχουμε δείξει ότι αυτό το μοτίβο δεν γενικεύεται παντού, και στη συνέχεια το ερώτημα είναι, πόσο γενικό είναι, πραγματικά;”
