Умелые двигательные движения, которые теннисисты используют при игре с теннисным мячом или пианисты используют при исполнении концерта, требуют точного взаимодействия между моторной корой и остальной частью мозга. Нейробиологи давно предполагали, что моторная кора головного мозга функционирует как клавиатура пианино.
"Каждый раз, когда вы хотели услышать определенную ноту, нужно было нажать определенную клавишу," говорит Эндрю Питерс, нейробиолог из Центра нейронных цепей и поведения Калифорнийского университета в Сан-Диего. "Другими словами, каждое конкретное движение мышцы требовало активации определенных клеток моторной коры, потому что считалось, что основная задача моторной коры состоит в том, чтобы слушать остальную часть коры и нажимать клавиши, которые она должна нажимать."
Но в исследовании, опубликованном в предварительной онлайн-публикации журнала Nature на этой неделе, Петерс, первый автор статьи, и его коллеги обнаружили, что моторная кора сама по себе играет активную роль в обучении новым двигательным движениям. В серии экспериментов с использованием мышей исследователи подробно показали, как эти движения усваиваются с течением времени.
"Наше открытие, что взаимосвязь между движениями тела и активностью части коры головного мозга, ближайшей к мышцам, глубоко пластична и формируется в процессе обучения, дает лучшую картину этого процесса," говорит Такаки Комияма, доцент биологии Калифорнийского университета в Сан-Диего, возглавлявший исследовательскую группу. "Это важно, потому что выяснение пластичности мозга во время обучения может открыть новые возможности для лечения нарушений обучения и движений, включая болезнь Паркинсона."
Вместе с Саймоном Ченом, другим нейробиологом из Калифорнийского университета в Сан-Диего, исследователи наблюдали за активностью нейронов моторной коры в течение двух недель, пока мыши учились нажимать на рычаг определенным образом передними конечностями, чтобы получить вознаграждение.
"Мы увидели, что во время обучения в моторной коре были очевидны различные модели активности – какие клетки активны, когда они активны," говорит Питерс. "В конечном итоге это приводит к разным образцам активности даже для одинаковых движений. После того, как животное научилось движению, подобные движения сопровождаются последовательной активностью. Более того, эта последовательная деятельность является совершенно новой для животного: она не использовалась на раннем этапе обучения даже с движениями, которые были похожи на более поздние движения."
"На ранней стадии," Питерс говорит, "животные время от времени будут делать движения, похожие на движения экспертов, которые они делают после обучения. Однако паттерны мозговой активности, сопровождающие подобные ранние и поздние движения, на самом деле совершенно разные. В процессе обучения животное генерирует совершенно новый набор активности в моторной коре головного мозга, чтобы сделать это движение. В аналогии с фортепианной клавиатурой это похоже на использование одной клавиши, чтобы сделать заметку на раннем этапе, и другой клавиши, чтобы сделать ту же заметку позже."