Разбраха как мозъкът ни контролира захващащите движения

"При парализираните пациенти, връзката между мозъка и крайниците, вече не е функционална. Невронните интерфейси могат да заменят тази функционалност", казва Хансйорг Щарбергер, ръководител на лабораторията по невробиология в DPZ.

Нашите ръце са силно развити органи, които са в непрекъсната употреба. Дълго преди да си сипем първата чаша кафе сутрин, ръцете ни вече са изпълнили множество движения. Ръководенето на писалката между палеца и показалеца върху лист хартия с абсолютна точност изглежда толкова лесно, колкото да се улови топка или дръжката на врата. Невролозите Стефан Щафелхофер и Хансйорг Щарбергер от German Primate Center (DPZ) са изследвали как мозъкът контролира различните движения на ръцете.

В изследванията си те установяват, че трите мозъчни области AIP, F5 и М1, които са отговорни за планирането и изпълнението на движенията с ръцете, изпълняват различни задачи в рамките на тяхната невронна мрежа. Площта на AIP е основно отговорна за обработката на визуалните характеристика на обектите, като техния размер и форма. Тази оптична информация е преведена на моторни команди в областта F5. Площта на M1 е отговорна за превръщането на тези моторни команди в действия, пише Science daily. Резултатите от проучването ще допринесат за развитието на нервните протези (серия от устройства, които могат да заместят моторни, сетивни или когнитивни органи, които може да са повредени в резултат на заболяване или нараняване) и трябва да може да помогне на парализирани пациенти да възстановят функциите на ръцете си. Трите мозъчни области AIP, F5 и М1, лежат в кората на главния мозък и формират невронна мрежа, отговорна за превода на визуалните качества на даден обект в съответното движение на ръката. До сега подробностите за това как се извършва визиомоторна трансформация не бяха ясни. По време на курс за докторска дисертация, невролога Стефан Щафелхофер интензивно изучава нервните механизми, които контролират движенията, пише actualno.com.

„Искахме да разберем как и къде визуалната информация разбира обектите, например техните размер и форма, и моторните характеристики на ръката, както и силата и вида на сцеплението, които се обработват в съответните области на мозъка“, казва Щафелхофер В същото време активността на стотици нервни клетки се измерват в така наречените микроелектродни масиви. С цел да се сравнят прилаганите видове сцепление с нервните сигнали, маймуни носели електромагнитни ръкавици, които да записват всички движения на пръстите и ръцете. Експерименталната настройка е проектирана така, че индивидуално да се наблюдават фазите на визиомоторна трансформация в мозъка, а именно обработката на визуалните обекти, планирането на движението и изпълнението му. За това учените разработили забавна задача. За да може маймуната да види обекта, тя е осветена за кратко преди началото на захващащото движение. Последващото движението се провежда в тъмнина с кратко закъснение. По този начин зрителните и двигателните сигнали на невроните могат да бъдат разгледани отделно. Резултатите показват, че площта на AIP е отговорна основно за обработката на визуалните характеристики на обектите. „Невроните реагират предимно на триизмерната форма на различните обекти“, казва Стефан Щафелхофер.

„Поради различната активност на невроните да направим точна разлика дали маймуните биха видели една сфера, кубче или цилиндър. Дори и абстрактните форми на обектите могат да бъдат разграничени на базата на клетъчната наблюдателна активност.“ Информацията от F5 и М1 показва силна прилика с движенията в ръцете, записани от ръкавиците.

„В нашето изследване бяхме в състояние да покажем къде и как визуланите качества на обектите превръщат съответните команди за движение“, казва Стефан Щафелхофер. „В този процес, зона F5 играе централна роля във визиомоторната трансформация. Нейните неврони получават пряка визуална информация само от AIP и може да превежда сигналите в моторните движения, които след това изпълнява М1. Така F5 има контакт и с двете области – на визуалната и на моторната част на мозъка. Знанието за това как да се контролират захващащите движения е от съществено значение за развитието на невронните протези за ръце.

"Те могат да разчитат моторните сигнали в мозъка и да ги използват за да контролират протезата. За да програмирате тези интерфейси правилно, е изключително важно да се знае как и къде нашият мозък контролира захващащите движения." Резултатите от това проучване ще улеснят създаването на нови приложения на невронните протези, които могат селективно да обработват индивидуална информация в областите с цел подобряване на тяхната използваемост и точност.