Двигательное поведение является частью всех основных видов деятельности человека, от разговора и дыхания до стояния, ходьбы и игры на музыкальных инструментах или занятий спортом. Эти двигательные навыки требуют, чтобы нервная система сначала училась двигаться, создавая внутренние команды, а затем, имея команды на месте, позволяла людям после этого повторять движения. В статье, опубликованной в выпуске журнала Neuroscientist от 25 июля 2020 года, группа исследователей Johns Hopkins Medicine и University College London объясняет лежащие в основе такого обучения основы.
Изучив ранее завершенные поведенческие и нейрофизиологические исследования, проведенные Johns Hopkins Medicine и другими источниками, в которых использовались два неинвазивных метода стимуляции мозга, исследователи оценили данные, чтобы лучше определить "Большая фотография" о моторном обучении. Это позволило более полно понять, как люди осваивают новые двигательные навыки и какие части их мозга задействованы. Эта информация имеет решающее значение для разработки подходов к обучению или использования его в контексте реабилитации.
"В долгосрочной перспективе мы надеемся увидеть, может ли стимуляция определенных частей мозга улучшить двигательную функцию, особенно у пациентов, которые восстанавливаются после какой-либо формы черепно-мозговой травмы," говорит главный физиотерапевт Пабло Целник, M.D., директор Департамента физической медицины и реабилитации и Центра передового опыта в лечении, восстановлении и реабилитации после инсульта Медицинской школы Университета Джона Хопкинса.
В предыдущих исследованиях исследователи использовали два неинвазивных и безболезненных метода стимуляции мозга для оценки двигательного обучения и прогресса пациента. Методы, известные как транскраниальная магнитная стимуляция (TMS) и транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS), предназначены для воздействия на определенные области мозга путем нанесения легких ударов через череп пациента. Стимуляция позволяет на короткое время нарушить функцию в этих областях, что позволяет исследователям отмечать любое нерегулярное поведение пациента.
В прошлом ТМС показала преимущества для пациентов с депрессией, которым антидепрессанты не помогают или не переносятся. Аналогичным образом, исследования также продемонстрировали когнитивные улучшения у некоторых пациентов, перенесших tDCS, показывая, что этот метод может быть полезен при лечении депрессии, беспокойства, болезни Паркинсона и хронической боли. Для пациентов с неврологическими заболеваниями, включая травмы спинного мозга, болезнь Альцгеймера и инсульт, методы стимуляции мозга могут помочь в выздоровлении пациента после негативного события. Благодаря целевым методам реабилитации, таким как TMS и tDCS, способности пациента к двигательному обучению могут быть улучшены, поскольку он или она адаптируется к новым движениям, одновременно восстанавливая функцию.
Моторное обучение включает в себя множество различных процессов для обеспечения плавных и точных движений. Эти процессы активируют те способности, которые усваиваются различными областями мозга, например, занятия спортом, исполнение симфонии Бетховена или скалолазание на гору голыми руками.
"Все эти функции очень согласованно взаимодействуют друг с другом," говорит Сельник.
Глядя на общую картину, полученную в результате анализа данных многочисленных исследований TMS и tDCS, проведенных в лаборатории Целника и других, исследователи определили части мозга, участвующие в приобретении и сохранении произвольных движений и моторных навыков. Когда tDCS применялась к определенным областям мозга, которые контролируют некоторые аспекты двигательной функции, пациенты и здоровые люди проявляли повышенное возбуждение и лучше сохраняли свои новые двигательные воспоминания.
Кроме того, авторы считают, что обучение новым навыкам включает в себя различные аспекты моторного контроля с немного разными временами и ролями в течение всего процесса обучения.
Затем исследователи планируют определить, могут ли различные процессы обучения дополнять друг друга во время болезни. Если это так, это будет означать, что, когда одна область мозга имеет поражение, другая часть мозга может быть в состоянии компенсировать. Такой вывод был бы значительным, потому что он мог бы позволить клиницистам разработать более эффективные реабилитационные вмешательства, которые способствовали бы выздоровлению после заболевания головного мозга.