Моторная адаптация , форма моторного обучения , представляет собой процесс приобретения и восстановления локомоторных паттернов (например, паттернов координации ног) посредством процесса обучения, вызванного ошибками.
Этот тип адаптации зависит от контекста и, следовательно, специфичен для среды, в которой произошла адаптация. Центральная нервная система , в частности, мозжечок , лежит в основе этой формы адаптации у позвоночных. Предполагается, что нервная система учится предсказывать и устранять эффекты новой среды, возвращая движения к почти исходным (невозмущенным) условиям. [1] Во время двигательной адаптации нервная система постоянно использует информацию об ошибках для улучшения будущих движений. [2] [3]
Адаптация к разрезному ремню
Адаптация с разрезным ремнем - это подвид моторной адаптации, при которой конечности с каждой стороны тела животного приводятся в движение с разной скоростью. Это достигается за счет использования беговой дорожки с разрезным ремнем, которая состоит из двух независимо управляемых беговых лент. Животные, проходящие адаптацию к раздельному ремню, корректируют структуру координации между конечностями, чтобы восстановить общую симметрию походки . Адаптация с разрезным ремнем имеет заметный период последствий (конечности приводятся в движение с одинаковой скоростью), в котором паттерн межконечностной координации остается измененным по сравнению с периодом до адаптации в течение некоторого времени после периода возмущения с разрезным ремнем.
Последствие, однако, зависит от контекста и, следовательно, будет существовать только в той же локомоторной среде, в которой произошла адаптация. Более того, адаптация с разрезным поясом имеет пространственные (расположение конечности) и временные (время движения конечностей) компоненты, которые диссоциированы на поведенческом и круговом уровнях. Скорости адаптации двух компонентов различаются там, где адаптация временного компонента происходит быстрее, чем пространственного компонента.
Предполагается, что у позвоночных мозжечок облегчает адаптацию к расщепленному поясу, а у мышей вставленное ядро мозжечка особенно важно для этой формы адаптации. Кроме того, показано , что соматомоторные области коры головного мозга мышей не участвуют в адаптации с разделенным поясом. Парадигма адаптации с разрезным поясом клинически важна для помощи в корректировке или восстановлении нарушенных паттернов координации конечностей в результате травмы или патологий , а также для понимания конкретных аспектов (например, временных или пространственных компонентов) походки, которые нарушаются при патологиях походки. [3] [4] [5]
Последствия
Как показано на диаграмме, когда силы окружающей среды устранены, субъект резервирует на ограниченное время паттерн адаптивных движений (стадия 4). Этот моторный эффект демонстрирует, что учащийся не просто реагирует на изменения окружающей среды, но также предвидит ожидаемую динамику новой среды и движется в соответствии с новым набором ожиданий. Следовательно, моторная адаптация, по-видимому, зависит от обновления внутреннего представления (внутренней модели) внешней среды. [6]
Внутренняя модель
Феномен последствий предполагает, что до движения ЦНС генерирует внутреннюю модель , своего рода внутреннюю карту, которая направляет тело в ходе движения и адаптируется к силам окружающей среды. Это наблюдение предполагает, что при программировании двигательной активности мышц руки ЦНС использует внутреннюю модель (Wolpert et al., 1995b) для прогнозирования механической динамики задачи. [7] Моторная адаптация - устойчивое явление, которое также было обнаружено у обезьян [8] и мышей [9], выполняющих двигательные задачи. Используя оптогенетику, исследование, проведенное доктором Маккензи Матис из Гарвардского университета с использованием мышей, также могло показать, что соматосенсорная кора головного мозга участвует в обновлении внутренней модели. [9]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Идзава, J .; Rane, T .; Дончин, О .; Шадмер Р. (2008). «Моторная адаптация как процесс повторной оптимизации» . Журнал неврологии . 28 (11): 2883–2891. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.5359-07.2008 . PMC 2752329 . PMID 18337419 .
- ^ Wei, K .; Кординг, К. (2008). «Актуальность ошибки: что движет адаптацией двигателя?» . Журнал нейрофизиологии . 101 (2): 655–664. DOI : 10,1152 / jn.90545.2008 . PMC 2657056 . PMID 19019979 .
- ^ а б Darmohray, D .; Jacobs, J .; Marques, H .; Кэри, М. (2019). «Пространственное и временное обучение движению в мозжечке мышей» . Нейрон . 102 (1): 217–231. DOI : 10.1016 / j.neuron.2019.01.038 . PMID 30795901 .
- ^ Gonzalez-Rubio, M .; Velasquez, N .; Торрес-Овьедо, Г. (2019). «Явный контроль времени шага во время ходьбы с разрезной лентой показывает взаимозависимую перекалибровку движений в пространстве и времени» . Фронт. Гм. Neurosci . 13 : 207. DOI : 10,3389 / fnhum.2019.00207 . PMC 6619396 . PMID 31333429 .
- ^ Malone, L .; Bastian, A .; Торрес-Овьедо, Г. (2012). «Как двигательная система исправляет ошибки во времени и пространстве во время локомоторной адаптации?» . J. Neurophysiol . 108 (2): 672–683. DOI : 10,1152 / jn.00391.2011 . PMC 4073916 . PMID 22514294 .
- ^ Хуанг, VS; Кракауэр, JW (2009). «Роботизированная нейрореабилитация: перспективы компьютерного моторного обучения» . Журнал нейроинжиниринга и реабилитации . 6 : 5. DOI : 10,1186 / 1743-0003-6-5 . PMC 2653497 . PMID 19243614 .
- ^ Shadmehr, R; BrashersKrug, T (1 января 1997 г.). «Функциональные этапы формирования долговременной двигательной памяти человека» . Журнал неврологии . 17 (1): 409–419. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.17-01-00409.1997 .
- ^ Ли, Чанг-Шань Рэй; Падоа-Скиоппа, Камилло; Бицци, Эмилио (2001). «Нейрональные корреляты моторных характеристик и моторного обучения в первичной моторной коре головного мозга обезьян, адаптирующихся к внешнему силовому полю». Нейрон . 30 (2): 593–607. DOI : 10.1016 / s0896-6273 (01) 00301-4 . PMID 11395017 .
- ^ а б Матис, Маккензи Вейгандт; Матис, Александр; Учида, Наосигэ (2017). «Соматосенсорная кора играет важную роль в адаптации мотора передних конечностей у мышей» . Нейрон . 93 (6): 1493–1503.e6. DOI : 10.1016 / j.neuron.2017.02.049 . PMC 5491974 . PMID 28334611 .