Не только руки: сюрпризы моторной коры

29 марта 2020

В статье, опубликованной в журнале Cell, говорится о ранее неизвестных функциях той области моторной коры головного мозга, которая, как полагали, отвечает только за движение рук. Оказалось, что спектр ее управления движениями гораздо более широк и распространяется на все тело. Эта информация поможет усовершенствовать инвазивные интерфейсы мозг-компьютер.

Графический абстракт статьи. Credit:Frank Willett et al./ Cell 2020

Концепция гомункулусов, родоначальником которой стал нейрохирург Уайлдер Пенфилд еще в 1937 году, за многие десятилетия не претерпела существенных изменений. Никто так и не смог уйти глубже в мозг, чтобы не просто посмотреть на активность той или иной чувствительной или двигательной зоны, но записать ее с точностью до одного нейрона. Не могли до недавнего времени, пока не появились подходящие для этого микроэлектродные матрицы.

Исследователи из Стэнфорда и Университета Брауна уже несколько лет трудятся над проектом BrainGate2 – многопрофильным пилотным клиническим испытанием, которое направлено на разработку и тестирование медицинских устройств для парализованных людей. Главный помощник в этом – интерфейс мозг-компьютер (ИМК).

В этой работе приняли участие два человека с тетраплегией (паралич всех четырех конечностей) и микроэлектродными матрицами, имплантированными в одну маленькую область моторной коры – зону hand knob. Один из пациентов получил травму спинного мозга, а у другого – боковой амиотрофический склероз.

Раньше считалось, что зона hand knob контролирует движения исключительно рук вместе с кистями. Однако при помощи детальной записи активности ее нейронов во время выполнения различных упражнений и руками, и ногами, выяснилось, что у нее гораздо больший спектр управления. Она активировалась и в ответ на движения ногами, мимическими мышцами, мышцами туловища.

Более того, оказалось, что при одинаковых заданиях на разные конечности (например, поднять вверх кисть правой руки, лодыжку левой ноги) результирующие паттерны (грубо говоря, «рисунки» активности клеток) были очень похожими. То есть в части моторной зоны коры мозга неожиданно выявилась связь между всеми четырьмя конечностями, благодаря которой, к примеру, работа с одной конечностью, здоровой, может «обучать» другую – больную.

Этот факт может стать серьезным прорывом для развития инвазивных ИМК, поскольку теперь ясно, что для получения контроля над всеми конечностями не обязательно имплантировать несколько электродных матриц в разные зоны мозга.

Текст: Анна Хоружая

Hand Knob Area of Premotor Cortex Represents the Whole Body in a Compositional Way by Frank Willett et al. in Cell. Published March 2020

doi:10.1016/j.cell.2020.02.043