Как мозг запоминает последовательность движений?

Исследователи из Национального института информации и коммуникационных технологий в Японии и Западного университета в Канаде изучили произвольные сложные движения пальцев с помощью функциональной МРТ. Оказалось, что представление о иерархическом строении движения отражается в его анатомической организации не совсем зеркально: лишь отдельные элементарные движения имеют четкую локализацию в первичной моторной коре. Тонкостям этого процесса посвящена статья, опубликованная в журнале Neuron.

Credit: public domain

Как выяснилось, более сложные движения связаны с активацией перекрывающих друг друга областей в теменной и премоторной коре. Результаты этой исследования заставляют сомневаться в том, насколько мы правильнопониманием организацию мозговой активности при сложных движениях, а также предлагают варианты локализации источника согналов для «настройки» интерфейсов мозг-компьютер.

Чтобы понять, как устроено движение, нужно разложить его на более простые последовательности. Например, когда мы играем на музыкальном инструменте, отдельные нажатия клавиш складываются в совокупность (chunk) движений, которые уже образуют мелодию. Считается, что такое иерархическое строение имеют все движения, начиная от сложных (выполнение спортивных элементов) и заканчивая повседневными простыми (например, заваривание чая). Однако то, как эта иерархия движений связана с активностью областей мозга, изучено плохо.

Ученые Ацуси Йокой (Atsushi Yokoi) и Джорн Дидрихсен (Jorn Diedrichsen) предлагали испытуемым запомнить 8 различных последовательностей движений пальцев, которые состояли из 11 отдельных нажатий. Они предположили, что для запоминания этой информации участникам понадобится разложить сложное движение на несколько более простых составляющих, так как целиком его запомнить сложно. Поведенческий анализ позволил выделить три разных уровня организации движений: отдельные нажатия пальцев, совокупность из двух-трех нажатий и целая последовательность, состоящая из четырех групп предыдущего уровня

Схема эксперимента. Credit: Atsushi Yokoi et al. / Neuron 2019

С помощью фМРТ ученые подтвердили, что активация первичной моторной коры четко связана с отдельными движениями пальцев, неважно в каком месте в общей последовательности они находятся. Что касается двух более высоких уровней – групп нажатий и целой последовательности – то, вопреки предположениям, они не активируют две разные области мозга, а имеют очень схожую активацию. Паттерны (рисунки активности), связанные с этими уровнями, находятся в премоторной и теменной коре и перекрывают друг друга.

«Хотя функциональная роль этого до сих пор неясна, анатомическое совпадение между фрагментами и всей последовательностью может свидетельствовать о том, что они могут влиять друг на друга для более гибкой реализации движений. Но это должно быть проверено в будущих исследованиях», — отмечает главный автор работы Ацуси Йокой.

Исследование имеет как теоретическое значение для объяснения организация движений, так и практическое приложение. Например, оно позволяет определить возможные локусы для записи сигнала головного мозга, чтобы применять их в интерфейсе мозг-компьютер для контроля сложных движений.

Текст: Анастасия Неклюдова

Neural Organization of Hierarchical Motor Sequence Representations in the Human Neocortex by Yokoi, Atsushi, and Jörn Diedrichsen in Neuron. Published July, 2019

DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.06.017