Jorko Kineziologijos ir sveikatos mokslų mokyklos Sveikatos fakulteto profesoriaus Jonathano Michaelso vadovaujamas tyrimas atskleidžia, kaip žmonių ir beždžionių smegenys naudoja jutiminius lūkesčius, kad pasiruoštų netikėtiems sutrikimams, todėl motoriniai atsakai yra greitesni ir tikslesni.
Paskelbta šiandien m Gamtatyrimas rodo, kad motorinės grandinės smegenyse pasyviai nelaukia jutimo signalų. Vietoj to, jie aktyviai numato galimus iššūkius, sukonfigūruodami save veiksmingai reaguoti į trikdžius. Tyrimas rodo didelį šuolį į priekį atskleidžiant smegenų nuspėjamąsias galimybes ir jų vaidmenį variklio valdyme.
Ši pažanga suteikia aiškesnį vaizdą apie neuroninius mechanizmus, kuriais grindžiamas pasiruošimas judesiams ir reakcija, iliustruojantis, kaip patys lūkesčiai padidina tikslumą ir stabilumą. Šis atradimas atveria naujus būdus tobulinti reabilitacijos metodus ir tobulinti smegenų ir kompiuterio sąsajos technologiją.
„Kai judame po pasaulį, mūsų smegenys ne tik planuoja savo veiksmus – jos taip pat ruošiasi netikėtumams“, – sako Michaelsas. Įsivaizduokite, kad stovite prie įėjimo į sausakimšą gyvos muzikos vietą. Jūs patikrinate savo bilietą ir suplanuojate patį tiesiausią maršrutą į savo vietą.
„Planuojate, kur eisite, bet gali nutikti ir aplinkoje“, – aiškina Michaelsas. „Visur vaikšto žmonės. Nuolat bandote numatyti, kas gali į jus atsitrenkti.”
Kai įžengiate į šurmuliuojančią minią, jūsų smegenys pradeda apdoroti vaizdinius signalus – susijaudinusius koncertų lankytojus, tuščias taures ir kitas jūsų kelyje esančias kliūtis. Be sąmoningų pastangų jūsų smegenys numato galimus sutrikimus ir ruošiasi reaguoti. Kai žmogus įžengia į jus, jūsų smegenys greitai pritaiko jūsų raumenų veiklą, kad galėtumėte sekti. Šis sklandus gebėjimas numatyti ir prisitaikyti prie netikėtų iššūkių atspindi naujausių Michaelso tyrimų išvadas.
Nuspėti nenuspėjamą: smegenų atsako sistemos viduje
Vakarų universiteto mokslininkų komanda atliko eksperimentus naudodama robotinį egzoskeleto įrenginį, kuris dalyvių rankoms taikė mechaninius trikdžius. Teikdami vizualines užuominas apie trikdžių tikimybę, mokslininkai pastebėjo, kad ir žmonės, ir beždžionės savo judesius reguliavo pagal šias tikimybes. Kai sutrikimas atitiko smegenų prognozes, dalyvių raumenys reagavo veiksmingiau, parodydami smegenų gebėjimą panaudoti jutimo lūkesčius, kad optimizuotų variklio valdymą.
Siekdama atskleisti šio reiškinio neuroninius mechanizmus, komanda užfiksavo veiklą iš tūkstančių beždžionių, atliekančių užduotis, neuronų. Duomenys atskleidė, kad motorinės grandinės atspindi jutiminius lūkesčius kaip paprastus nervinės veiklos modelius, tiesiogiai atspindinčius kiekvieno galimo įvykio tikimybę. Šios išvados buvo toliau patvirtintos naudojant kompiuterinius rankos modelius, kurie sukūrė panašias prognozavimo strategijas, kai buvo mokomi panašiomis sąlygomis.
Michaelsas buvo Bantingo narys Andrew Pruszynskio, Kanados sensomotorinių neurologijos tyrimų katedros ir Schulicho medicinos ir odontologijos mokyklos profesoriaus, laboratorijoje. Tyrimui buvo naudinga pažangiausia neuropikselių technologija, kuri leido vienu metu įrašyti šimtus neuronų, suteikiant precedento neturinčias įžvalgas apie smegenų motorines grandines.
Tyrimą sustiprino bendradarbiavimas su pirmaujančiais Western ekspertais, įskaitant kitus Western Sensorimotor Superlab narius, Jörną Diedrichseną, Vakarų motorinių valdymo ir skaičiavimo neurologijos tyrimų katedrą ir psichologijos profesorių Paulą Gribble'ą.
Šio tyrimo pasekmės yra toli siekiančios. Suprasdami, kaip smegenys naudoja jutimo lūkesčius, kad pasirengtų sutrikimams, mokslininkai gali sukurti naujoviškus insulto ir traumų reabilitacijos metodus, padedančius pacientams veiksmingiau atgauti motorinę funkciją. Išvados taip pat galėtų padėti plėtoti smegenų ir kompiuterių sąsajas, tokias kaip šiuo metu pradininkės Neuralink, Paradromics, Synchron ir kitos, pagrįstos dešimtmečius trukusiais neurologijos tyrimais.
„Šis tyrimas, kuriam prireikė daug metų pastangų, pabrėžia, kiek dar turime išmokti, kaip veikia smegenys, ir pabrėžia pagrindinių tyrimų svarbą atliekant tokius atradimus“, – sako Michaelsas.