В человеческом мозге разглядели две системы контроля движений

Американские исследователи нашли доказательства существования двух систем для контроля движений, которые сменяют друг друга. Первая отвечает за точные движения (пальцы, язык) и имеет меньше функциональных связей с другими областями, а вторая ответственна за менее точные движения всего тела в целом и участвует в планировании действий. Результаты анализа данных фМРТ около 50000 новорожденных, подростков и взрослых опубликованы в Nature.

Моторная (двигательная) кора головного мозга расположена в средне-задней части прецентральной извилины и отвечает за планирование, контроль и выполнение произвольных движений от ног до лица. В качестве относительной схемы областей, которые отвечают за движение конкретных частей тела, ученые используют представление о кортикальном гомункулусе. Однако современные исследования с методами нейровизуализации открывают все больше различий между предположительной топографией и реальной активацией моторной коры. Например, некоторые исследователи рассматривают идею о том, что двигательная система может быть представлена в мозге не только в виде четкой карты.

Новые методы изучения мозга предоставляют все больше доказательств того, что есть функциональные зоны, которые отвечают за комплексные движения. Однако точного понимания как работает моторная система еще нет.

Исследователи из США при участии Эвана Гордона (Evan Gordon) из Вашингтонского университета провели анализ данных функциональной и диффузионной МРТ участников трех масштабных исследований, чтобы разобраться с тем, за что отвечают области моторной коры и как они между собой связаны. В работе они использовали данные около 50000 новорожденных, подростков и взрослых.

Авторы обнаружили две системы в моторной коре, которые сменяют друг друга. Первая включает в себя уже известные области, которые отвечают за движение ног, рук и рта, а вторая, ранее не описанная, — смежную цепочку из трех областей, расположенную на прецентральной извилине между областями первой системы. Оказалось, что вторая система также функционально связана со многими областями сети, отвечающей за познавательные и эмоциональные функции (cingulo-opercular network).

Анализ подтвердил связь областей моторной коры, ответственных за ноги, руки и рот, с сенсорной корой, а вот связь второй системы моторной коры с сенсорной корой была значительно слабее. Вместо этого, авторы выявили, что функциональная связность второй системы распространяется на зону, которая отвечает за проприоцепцию — ощущение положения тела в пространстве.

Далее авторы посмотрели на активацию мозга во время задания на планирование и выполнения действий. Если прошлая теория кортикального гомункулуса верна, то движения вызывали бы активацию с пиком только в одной области моторной коры. Анализ показал, что некоторые менее точные движения (например, поднимание брови) вызывали совместную активацию областей второй системы и сети, отвечающей за познавательные и эмоциональные функции, а более точные движения (рукой или ногой) активировали только соответствующие области. Кроме того, вторая система была более активна в период планирования действия, чем при его выполнении, в отличие от первой системы.

Таким образом, авторы показали, что вместо конкретной схемы тела моторная кора использует две системы, которые сменяют друг друга: одна изолированная, отвечающая за более точные движения, а другая целостная, отвечающая за комплексные движения тела. При этом, вторая система, совместно с сетью познавательных и эмоциональных функций, выполняет роль контроля действий, то есть координирует целые группы мышц и положение тела, а также планирует действия.

Ранее мы писали про другие исследования, связанные с движениями. Например, немецкие ученые рассказали, как слоны управляют ушами, а другая команда исследователей — как полностью парализованному мужчине удалось пообщаться.