Основа произвольных движений: исследование обезьян бросает вызов классическим взглядам на то, как мозг управляет естественными действиями
Исследование, опубликованное в журнале Science, раскрывает новые механизмы, посредством которых мозг контролирует естественные действия. Результаты бросают вызов некоторым классическим взглядам на работу двигательной системы и открывают возможные новые приложения в нейрореабилитации и робототехнике.
Используя новые телеметрические устройства, исследователи записали активность сотен нейронов из двигательных областей мозга обезьян, которые были полностью свободны для выражения спонтанного поведения, такого как ходьба, лазание или зевание. Это стало огромным шагом вперед по сравнению с предыдущими исследованиями, поскольку доступные технологии вынуждали исследователей изучать неподвижный мозг во время выученных и стереотипных действий.
Вместо этого новый подход открывает возможность понять, как мозг организует спонтанные движения в естественных ситуациях.
«Наш мозг постоянно находится в движении, — объясняет Лука Бонини, руководитель исследовательского проекта, — и этот новый подход изменил классическую идею о том, что определенные области мозга или даже отдельные нейронные клетки контролируют определенные действия, такие как кусание, питье или хватание.
«Согласно нашим результатам, подобно тому, как отдельные клавиши пианино могут сочинять множество различных мелодий, нейроны в двигательных зонах нашего мозга создают сложные синергетические связи, позволяя нам организовывать множество спонтанных действий, которые мы способны выполнять, некоторые из которых до сих пор было даже невозможно изучить в лабораторных условиях».
Сотрудничество с биоинженерами из Школы Святой Анны в Пизе позволило расшифровать сложность этой нейронной активности и предсказать спонтанные действия, которые собирались выполнить животные, используя только сигналы, генерируемые нейронами.
«Наши результаты, — говорит исследователь Альберто Маццони, — указывают на то, что нейронная активность, регистрируемая во время спонтанного поведения, гораздо более информативна, чем та, которая получена в классических лабораторных условиях. Эта информация позволяет нам понять, как мозг по-разному контролирует выполнение произвольных действий в зависимости от контекста».
Высокое неврологическое и поведенческое сходство с людьми позволяет предположить, что этот результат может иметь важное клиническое применение.
«Результаты, полученные в ходе этого междисциплинарного сотрудничества, открывают новые и важные трансляционные перспективы для нейротехнологий и нейрореабилитации», — добавляет Сильвестро Мичера.
«Мы надеемся, что наш подход может способствовать переходу от классической нейрофизиологии к нейроэтологии во многих исследованиях взаимосвязи мозга и поведения, улучшению качества жизни животных даже во время экспериментов, а следовательно, и обоснованности результатов нейробиологических исследований на нечеловекообразных приматах , которые, как показывает эта работа, по-прежнему являются фундаментальными и незаменимыми», — заключают Франческа Ланзарини, Моника Маранези, Елена Хилари Рондони и Давиде Альбертини, соавторы статьи.