Die scheinbare Einfachheit der Kommissionierung bis eine Tasse Kaffee oder drehen eines Türknauf täuscht über die komplexe Sequenz von Berechnungen und Prozesse, die das Gehirn Unterziehen müssen, um den Speicherort der ein Element im Raum, bewegen Sie den arm und hand in diese Richtung und Form der Finger zu halten oder zu manipulieren das Objekt. Neue Forschung, heute veröffentlicht in der Zeitschrift Cell Reports, die zeigt, wie die Nervenzellen verantwortlich für die Motorsteuerung verändern Ihre Aktivität, wie wir Sie erreichen, und greifen nach Objekten. Diese Erkenntnisse wieder umwerfen der etablierten Verständnis von, wie das Gehirn übernimmt diese komplexe Aufgabe und könnte Auswirkungen für die Entwicklung von neuro-Prothetik.
„Diese Studie zeigt, dass die Aktivitätsmuster in Populationen von Neuronen, die Verlagerung schrittweise im Laufe einer einzigen Bewegung,“ sagte Marc Schieber, M. D., Ph. D., ein professor an der University of Rochester Medical Center (URMC) Department of Neurology und der Del Monte-Institut für Neurowissenschaften und co-Autor der Studie. „Der Interpretation dieser Verschiebungen in der Aktivität, die es ermöglichen, Gruppen von Neuronen, die zusammen arbeiten, um durchzuführen, unverwechselbaren und präzisen Bewegungen, ist der erste Schritt zum Verständnis, wie zu nutzen diese Informationen für mögliche neue Therapien.“
Die etablierten Modell, wie das Gehirn nimmt diese Bewegungen stammt aus den 1980er Jahren und stellt fest, dass getrennte Populationen von Nervenzellen im Gehirn gewidmet sind, erreichen gegenüber greifen. Die Analogie ist vergleichbar mit der Organisation eines Fußball-team, mit einem Spieler gewidmet Verteidigung und eine andere straftat. Die neue Studie zeigt, dass diese Zellen wirken mehr wie ein basketball-team, mit der gleichen Gruppe von Spielern, die das Umschalten von defensive auf offensive Aufgaben je nach den Umständen in jedem moment.
„Das erreichen und greifen traditionell gedacht worden, um Gefahren werden, die gleichzeitig durch zwei getrennte Kanäle im Gehirn, die mit einer Steuerung das erreichen der arm und einer anderen Steuerung des Greifens der hand“, sagte Adam Rouse, M. D., Ph. D., ein Forschungs-Assistent professor in der Del Monte-Institut für Neurowissenschaften und co-Autor. „Wir haben allerdings herausgefunden, dass die einzelnen Neuronen in der motorischen Hirnrinde übergang von der Codierung der Reichweite Lage früh in eine Bewegung zu Kodieren, das Objekt zu fassen später auf.“
Die neuen Erkenntnisse wurden möglich, weil der erweiterte mikroelektroden-arrays erlaubt, dass die Forscher, um die gleichzeitige überwachung und Aufzeichnung von Hunderten von Neuronen im motorischen Kortex—der Teil des Gehirns, die für die Kontrolle der Bewegung der Tiere, wie Sie erreicht und manipuliert Objekte.
Mit neuen Analyse-entwickelt für die großen dataset, beobachteten die Forscher, dass die Neuronen verändert Ihre impulsmuster, wie die Tiere gewechselt, von der Projektierung der arm und die hand in Richtung eines Objekts, Speicherort, um dann die Gestaltung der hand-und arm wie nötig, um zu begreifen, das Objekt. Beide Handlungsmuster, würde rasch durch den motorischen Kortex, ein Phänomen, ähnlich wie die Wellen entstehen, wenn fallen Kieselsteine in einem Teich. Die Befunde implizieren, dass, anstatt spezialisiert auf bestimmte motor-control-Aufgaben, die einzelnen motorischen Neuronen, die gemeinsam daran arbeiten, zum ausführen mehrerer Funktionen.
Die Forschung hat erhebliche Auswirkungen für die Schaffung von Gehirn-computer-Schnittstellen, die Tippen in der elektrischen Aktivität des Gehirns, und diese Informationen benutzen, um die Kontrolle prothetische Geräte, wie beispielsweise einen mechanischen arm. Während die bisherigen Bemühungen haben versucht, auf die elektrische Aktivität einzelner oder Gruppen von Neuronen, die neuen Erkenntnisse zeigen, dass diese Systeme werden wahrscheinlich brauchen, um mehr beschäftigen werden modernste machine learning algorithmen zu interpretieren, die wechselnden Muster der Aktivität.