Изучение сложных движений, таких как завязывание шнурков на ботинках или игра на музыкальном инструменте, требует практики. Повторяя одни и те же движения снова и снова, люди часто вырабатывают шаблонный способ выполнения задачи, и им, возможно, даже не придется больше об этом думать. Хотя мы ежедневно выполняем такие повторяющиеся задачи, мало что известно о том, как мозг запоминает, повторяет и совершенствует их.
Теперь исследователь из Медицинской школы Университета Мэриленда (UMSOM) и его коллеги из Гарвардского университета продемонстрировали на крысах, как несколько областей мозга должны работать вместе, чтобы приобрести навык и воспроизвести его безупречно, при этом каждая крыса добавляет свой собственный навык. чутье в виде «танца».
Их исследование было опубликовано 25 февраля 2022 года в журнале Science Advances .
Помимо следования нашему основному любопытству выяснить, как работает мозг и как мы изучаем движения, наша работа имеет много прямых применений. Понимание условий, в которых обучается здоровый мозг, дает информацию о том, как люди должны тренироваться для высококвалифицированных занятий, таких как определенные виды спорта. Что еще более важно, мы надеемся, что однажды идеи, полученные в рамках этой программы фундаментальных исследований, помогут людям с повреждениями головного мозга или заболеваниями, которые влияют на движения».
Штеффен Вольф, доктор медицинских наук, доцент фармакологии Медицинской школы Университета Мэриленда
Исследовательская группа обучает крыс изучать, как их мозг учится и выполняет новые навыки. В этих экспериментах крысы учатся нажимать на рычаг определенным образом, чтобы получить глоток воды.
«В процессе обучения они немного танцуют, и каждая крыса придумывает свою собственную хореографию», — сказал доктор Вольф. «После того как они отточили свою технику, они продолжают делать то, что у них получалось при обучении: одно животное царапает стену, другое постукивает ногой, а третье высовывает язык, одновременно нажимая на рычаг».
Эти танцы подобны суеверным движениям, которые бейсбольные питчеры выполняют каждый раз, когда замахиваются, чтобы подать мяч, например, дергают за поля своей шляпы или царапают песок ногой.
В предыдущем исследовании команда показала, что когда исследователи повреждали моторную кору -; часть наружного слоя головного мозга — ; крысы не могли выучить свои маленькие танцы. Тем не менее, как только они выучили свой танец для выполнения задачи, они могли прекрасно выполнять ее и без этой области мозга. В другом исследовании учёные обнаружили ещё одну область мозга, необходимую для изучения задачи. базальные ганглии, область глубоко в мозгу. Эта область также поражается при болезни Паркинсона.
В своем последнем исследовании исследователи собрали кусочки воедино, задав вопрос, обучает ли моторная кора базальные ганглии новому навыку. Они использовали вирусы, чтобы отключить связь между двумя областями мозга. Как исследователи и ожидали, они обнаружили, что без моторной коры, обучающей базальные ганглии, крысы больше не могли развивать ни один из своих танцев.
Затем исследователи хотели посмотреть, работают ли базальные ганглии вместе с другими областями мозга для выполнения усвоенного навыка. Они сосредоточились на другой области глубоко в мозгу, которая также имеет тесные связи с базальными ганглиями —; таламус.
Когда исследователи теперь разорвали связь от таламуса к базальным ганглиям с помощью своего вирусного инструмента, крысы все еще нажимали на рычаг, но они полностью потеряли свои идиосинкразические заученные «танцы». Крысы стали снова и снова хлопать по рычагу, как и все они, когда только начинали изучать задачу. Доктор Вольф объяснил, что эти простые движения могут производиться другими, более базовыми частями мозга, такими как ствол мозга.
«Эта работа помогает раскрыть логику того, как отдельные области мозга работают вместе, чтобы контролировать обучение и выполнение навыков, что является первым шагом в нашем стремлении помочь в лечении пациентов с двигательными нарушениями, такими как болезнь Паркинсона, а также травмами или инсультами. контролирующие части мозга», — сказал декан Э. Альберт Рис, доктор медицинских наук, магистр делового администрирования, исполнительный вице-президент по медицинским вопросам Университета штата Балтимор, а также заслуженный профессор Джона З. и Акико К. Бауэрс в Медицинской школе Университета Мэриленда.
