Новости и мнения

Обе стороны мозга активны во время одностороннего движения рук

Исследователи непосредственно зафиксировали нейронную активность в обеих сторонах коры головного мозга при движении только одной руки у человека.

Исследователи сообщают сегодня (8 октября) в «Журнале нейронауки» , что когда вы двигаете только правой рукой, в левой и правой частях мозга наблюдается нервная активность.

Недавние исследования на животных и людях намекали на то, что движение мышц только на одной стороне тела приводило к нервной активности с той же стороны – или ипсилатеральной – части мозга. Но данные не были достаточно убедительными, чтобы полностью стереть идею о том, что только левая сторона мозга отвечает за движение по правой стороне тела или наоборот. Новое исследование показывает, что ипсилатеральная активность мозга кодирует подробную информацию о движении руки, включая положение, скорость и скорость. Результаты могли бы когда-нибудь использоваться, чтобы помочь улучшить методы лечения пациентов с повреждениями головного мозга.

«Это важный вклад в наше понимание того, как мозг управляет движением руки, потому что он показывает большую роль ипсилатеральной активности мозга, чем это было ранее признано», – пишет Натан Крон , профессор неврологии, который руководит лабораторией когнитивной нейрофизиологии в Университете Джона Хопкинса в Мэриленд и не принимал участия в исследовании, в электронном письме к Ученому .

В исследовании Эрик Лейтхардт , профессор нейрохирургии, инженерии и нейробиологии в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, и его коллеги завербовали четырех пациентов с эпилепсией, которым предстояло перенести операцию и которым на неделю имплантировали электроды под череп. Электроды были помещены непосредственно на кору областей коры головного мозга пациентов, включая первичную моторную кору, отвечающую за координацию произвольных мышечных движений. Пациенты вызвались выполнять трехмерные индивидуальные движения рук, в то время как исследователи регистрировали нейронную активность от имплантированных электродов. Затем команда использовала машинное обучение для получения информации о скорости, скорости и положении каждого движения, собирая данные о движениях с мелкой моторикой, которые не могут быть легко получены с помощью неинвазивных методов, таких как функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ).

Основываясь на предыдущих результатах исследования, Leuthardt и его коллеги выдвинули гипотезу, что нейронная активность от одного движения руки будет отличаться в правом и левом полушариях. Но когда исследователи сравнили нейронную активность, зарегистрированную в левом полушарии с движениями правой руки, а затем с движениями левой руки, эти две модели были очень похожи. Они не были идентичны, но активность мозга в одном полушарии могла предсказать движения обеих рук, а не только руку на противоположной стороне. «Что было удивительно, так это то, насколько похожа [нейронная] кодировка на одной и той же стороне мозга [была] на противоположную сторону мозга», – говорит соавтор исследования Дэвид Банди , в настоящее время работающий в докторантуре в Медицинском центре Университета Канзаса. ,

Нейронная активность картируется в первичной моторной коре и некоторых премоторных областях, расположенных в правом и левом полушариях головного мозга. «Исследование показывает прямую взаимосвязь между активностью первичной моторной коры и движением руки на одной и той же стороне тела, и является еще одной частью головоломки, которая демонстрирует, что первичная моторная кора на той же стороне, что и мышца, играет роль в движении верхних конечностей », – говорит Катрин М. Бютефиш , профессор неврологии в Медицинской школе Университета Эмори, занимающейся нейрореабилитацией.

Соавтор исследования Дэвид Банди демонстрирует задачу исследования движения руки. Дэвид Банди и Эрик Лейтхардт

После регистрации активности мозга Банди и его коллеги использовали модель, связывающую нейронные паттерны, для прогнозирования движений противоположной руки. «Модель работала намного лучше, чем случайность, когда мы использовали ипсилатеральный нейронный паттерн для прогнозирования движения противоположного плеча, а также при использовании нейронного паттерна противоположного полушария при прогнозировании движения в плече той же стороны, предполагая, что информация о двигательном движении сохраняется по всей полушария », – говорит он.

Leuthardt добавляет, что эти результаты, вместе с предшествующими доказательствами, указывающими на то, что активность для движения на одной стороне кодируется в обоих полушариях головного мозга, являются многообещающими для улучшения выздоровления у пациентов с инсультом и другими травмами головного мозга. «Даже если одна сторона мозга повреждена, на другой стороне все еще присутствует моторная информация, которая может быть использована для потенциального восстановления мышечного движения у этих пациентов», – объясняет он.

По словам Кроне, пациенты с эпилепсией, посвятившие свое время исследованиям, «закладывают основу для применения технологии у пациентов с параличом верхних конечностей по ряду причин, включая инсульт». «Важным следующим шагом будет демонстрация в режиме реального времени онлайн-контроля виртуальной или реальной протезной конечности с использованием записей нейрональной активности в ипсилатеральных областях мозга», – отмечает он.

Тем не менее, для Buetefisch, исследование не предоставляет прямых доказательств того, что первичная моторная кора может фактически выполнять команду мышечного движения на той же стороне тела. «Может ли правая моторная кора передавать сигналы спинномоторным моторным нейронам, которые управляют правой стороной тела, например, для движения правой руки – это не было показано. И это большая часть, которая все еще отсутствует », – говорит она.

Теперь возникает вопрос: «Что мозг делает с информацией, которая находится в обоих полушариях мозга?» – отмечает Буэтефиш.

«Это важное продвижение, свидетельствующее о том, что одна и та же сторона мозга отражает нейронную активность противоположного полушария в контексте движущихся движений», – говорит Йорн Дидрихсен , который изучает двигательный контроль и вычислительную неврологию в Западном университете в Онтарио. Канада. «Это открывает интригующий вопрос о функции этой деятельности мозга с той же стороны».

DT Bundy et al., «Кинематика одностороннего трехмерного движения рук закодирована в ипсилатеральной коре человека», The Journal of Neuroscience , doi.org/ 10.1523 / JNEUROSCI.0015-18.2018, 2018.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *