Моторная адаптация
Моторная адаптация , форма двигательного обучения , представляет собой процесс приобретения и восстановления двигательных моделей (например, моделей координации ног) посредством процесса обучения, основанного на ошибках.
Этот тип адаптации зависит от контекста и, следовательно, специфичен для среды, в которой произошла адаптация. В основе этой формы адаптации у позвоночных животных лежит центральная нервная система , в частности мозжечок . 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 раздельному ремню
[ редактировать ]
Адаптация с разделенным поясом - это подтип двигательной адаптации, при котором конечности с каждой стороны тела животного вращаются с разной скоростью. Это достигается за счет использования беговой дорожки с разделенными лентами , которая состоит из двух беговых лент с независимым управлением. Животные, подвергающиеся адаптации к раздельному поясу, корректируют структуру координации между конечностями, чтобы восстановить общую симметрию походки . Адаптация с разделенным ремнем имеет заметный период последействия (конечности двигаются с одинаковой скоростью), в течение которого модель координации между конечностями остается измененной по сравнению с периодом предварительной адаптации в течение некоторого времени после периода возмущений с разделенным ремнем.
Однако последействие зависит от контекста и, следовательно, будет существовать только в той же локомоторной среде, в которой произошла адаптация. Более того, адаптация с разделенным поясом имеет пространственные (положение конечности) и временные (время движения конечностей) компоненты, которые диссоциируются на поведенческом и контурном уровне. Скорость адаптации двух компонентов различна, причем адаптация временного компонента происходит быстрее, чем адаптация пространственного компонента.
Предполагается, что у позвоночных мозжечок способствует адаптации к расщепленному поясу, а у мышей вставленное ядро мозжечка особенно важно для этой формы адаптации. Кроме того, соматомоторные показано, что области коры головного мозга мышей не участвуют в адаптации к расщепленному поясу. Парадигма адаптации с разделенным поясом клинически важна для помощи в корректировке или восстановлении нарушений координации конечностей, возникших в результате травм или патологий , а также для понимания конкретных аспектов (например, временных или пространственных компонентов) походки, которые нарушаются при патологиях походки. [3] [4] [5]
Последствия
[ редактировать ]Как показано на диаграмме, когда силы окружающей среды устранены, субъект на ограниченное время сохраняет адаптивный паттерн движений (стадия 4). Этот двигательный эффект демонстрирует, что обучающийся не просто реагирует на изменения окружающей среды, но также предвидит ожидаемую динамику новой среды и движется в соответствии с новым набором ожиданий. Таким образом, двигательная адаптация, по-видимому, зависит от обновления внутреннего представления (внутренней модели) внешней среды. [6]
Внутренняя модель
[ редактировать ]Феномен последействия предполагает, что перед движением 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 — серьезное явление, которое также было обнаружено у обезьян. [8] и мыши [9] выполнение двигательных задач. Используя оптогенетику , исследование, проведенное доктором Маккензи Матис из Гарвардского университета на мышах, также может показать, что соматосенсорная кора участвует в обновлении внутренней модели. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Идзава, Дж.; Рейн, Т.; Дончин, О.; Шадмер, Р. (2008). «Двигательная адаптация как процесс реоптимизации» . Журнал неврологии . 28 (11): 2883–2891. doi : 10.1523/JNEUROSCI.5359-07.2008 . ПМЦ 2752329 . ПМИД 18337419 .
- ^ Вэй, К.; Кординг, К. (2008). «Значимость ошибки: что движет адаптацией двигателя?» . Журнал нейрофизиологии . 101 (2): 655–664. дои : 10.1152/jn.90545.2008 . ПМК 2657056 . ПМИД 19019979 .
- ^ Перейти обратно: а б Дармохрей, Д.; Джейкобс, Дж.; Маркес, Х.; Кэри, М. (2019). «Пространственное и временное локомоторное обучение в мозжечке мыши» . Нейрон . 102 (1): 217–231. дои : 10.1016/j.neuron.2019.01.038 . ПМИД 30795901 .
- ^ Гонсалес-Рубио, М.; Веласкес, Н.; Торрес-Овьедо, Г. (2019). «Четкий контроль времени шага во время ходьбы на разделенном поясе обнаруживает взаимозависимую перекалибровку движений в пространстве и времени» . Передний. Хм. Нейроски . 13 :207. дои : 10.3389/fnhum.2019.00207 . ПМК 6619396 . ПМИД 31333429 .
- ^ Мэлоун, Л.; Бастиан, А.; Торрес-Овьедо, Г. (2012). «Как двигательная система корректирует ошибки во времени и пространстве во время локомоторной адаптации?» . Дж. Нейрофизиология . 108 (2): 672–683. дои : 10.1152/jn.00391.2011 . ПМК 4073916 . ПМИД 22514294 .
- ^ Хуанг, В.С.; Кракауэр, JW (2009). «Роботизированная нейрореабилитация: перспектива компьютерного моторного обучения» . Журнал нейроинженерии и реабилитации . 6 :5. дои : 10.1186/1743-0003-6-5 . ПМЦ 2653497 . ПМИД 19243614 .
- ^ Шадмер, Р; БрашерсКруг, Т. (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 . ПМК 6793707 . ПМИД 8987766 .
- ^ Ли, Чан-Шань Рэй; Падоа-Скиоппа, Камилло; Бицци, Эмилио (2001). «Нейрональные корреляты двигательной активности и двигательного обучения в первичной моторной коре обезьян, адаптирующихся к внешнему силовому полю» . Нейрон . 30 (2): 593–607. дои : 10.1016/s0896-6273(01)00301-4 . ПМИД 11395017 . S2CID 2276737 .
- ^ Перейти обратно: а б Матис, Маккензи Вейгандт; Матис, Александр; Учида, Наосигэ (2017). «Соматосенсорная кора играет важную роль в моторной адаптации передних конечностей у мышей» . Нейрон . 93 (6): 1493–1503.е6. дои : 10.1016/j.neuron.2017.02.049 . ПМК 5491974 . ПМИД 28334611 .