Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό eNeuro, παρέχουν πληροφορίες για τους νευρικούς μηχανισμούς εκμάθησης κινητικών δεξιοτήτων που μπορούν να βοηθήσουν να οδηγήσουν σε πιο αποτελεσματικές θεραπείες διέγερσης του εγκεφάλου για ασθενείς που αντιμετωπίζουν κινητική αναπηρία μετά από εγκεφαλικό.
Νευρικοί μηχανισμοί εκμάθησης κινητικών δεξιοτήτων
«Ένα από τα κύρια παράπονα των ασθενών με εγκεφαλικό είναι ότι δεν μπορούν να ολοκληρώσουν τη δράση σύλληψης», δήλωσε ο Tanuj Gulati, PhD, επίκουρος καθηγητής Νευρολογίας και Βιοϊατρικών Επιστημών του Κέντρου Νευρωνικής Επιστήμης και Ιατρικής στο Cedars-Sinai και ανώτερος και αντίστοιχος συγγραφέας του μελέτη. «Πολλοί ασθενείς μπορεί να είναι σε θέση να φτάσουν στον στόχο που θέλουν με κάποια ανάκαμψη, αλλά δεν είναι σε θέση να τον αντιληφθούν με ακρίβεια. Έτσι, προσπαθούμε να καταλάβουμε πώς ο εγκέφαλος δημιουργεί κίνηση και μαθαίνει νέες δεξιότητες/λεπτές κινητικές δεξιότητες, ώστε να μπορέσουμε ενδεχομένως να αναπτύξουμε νέες στρατηγικές θεραπείας για την αποκατάσταση αυτών των αναπηριών».
Για να κατανοήσουν καλύτερα τις αλλαγές στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της κινητικής μάθησης, οι ερευνητές εξέτασαν τη φυσιολογική δραστηριότητα του εγκεφάλου στον κινητικό φλοιό και την παρεγκεφαλίδα σε αρουραίους καθώς ασκούσαν μια εξειδικευμένη εργασία. Ο κινητικός φλοιός, ο οποίος είναι ο κύριος οδηγός όλων των κινήσεων, ελέγχει την κίνηση του βραχίονα στρατολογώντας μια ποικιλία στόχων στο νευρικό σύστημα. Μια θεμελιώδης προβολή του κινητικού φλοιού είναι στην παρεγκεφαλίδα, το τμήμα του εγκεφάλου που συγκρατεί περισσότερους από τους μισούς νευρώνες ολόκληρου του σώματος.
Ωστόσο, η δραστηριότητα μεταξύ του κινητικού φλοιού και της παρεγκεφαλίδας που εμφανίζεται ως λεπτή κινητική δεξιότητα δεν είναι ευρέως κατανοητή. Χρησιμοποιώντας υγιείς αρουραίους, οι ερευνητές κατέγραψαν χρόνια από τον κινητικό φλοιό και τον φλοιό της παρεγκεφαλίδας καθώς τα ζώα εκπαιδεύονταν για πέντε ημέρες για να εκτελέσουν μια λεπτή κινητική εργασία όπου έφτασαν να βρουν ένα σφαιρίδιο ζάχαρης τοποθετημένο σε απόσταση από αυτά. Οι αρουραίοι έπρεπε να πιάσουν και να αρπάξουν το σφαιρίδιο και να το ανακτήσουν για την επιτυχή ολοκλήρωση της δοκιμής.
Στη συνέχεια, η ομάδα συνέκρινε τη νευρική δραστηριότητα από τις πρώτες ημέρες της προπόνησης με τις τελευταίες ημέρες για να δει τι άλλαξε στον εγκέφαλο καθώς τα τρωκτικά απέκτησαν επάρκεια στο έργο. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι καθώς οι αρουραίοι έγιναν ικανοί στην εργασία, ανέπτυξαν σύγχρονη ταλαντωτική δραστηριότητα χαμηλής συχνότητας στις δύο περιοχές που καταγράφηκαν και αναδύθηκαν στον κινητικό φλοιό και τα δίκτυα της παρεγκεφαλίδας με ενοποίηση δεξιοτήτων. Αυτή η δραστηριότητα συντόνισε επίσης το νευρωνικό spiking και στις δύο αυτές περιοχές για επιτυχή εκτέλεση εργασιών προσέγγισης προς κατανόηση.
Είναι ενδιαφέρον ότι η ομάδα δεν παρατήρησε την εμφάνιση ταλαντωτικής δραστηριότητας χαμηλής συχνότητας στους αρουραίους που δεν απέκτησαν εξειδίκευση στο έργο εντός των πέντε ημερών. «Καταφέραμε να δείξουμε ότι αυτή η δραστηριότητα είναι δείκτης εκμάθησης δεξιοτήτων», είπε ο Gulati.
«Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών σε έναν υγιή εγκέφαλο είναι ένας σημαντικός πρόδρομος για να ελέγξουμε εάν παρόμοια δραστηριότητα εξασθενεί στον εγκέφαλο μετά από ένα εγκεφαλικό και μπορεί να χρησιμεύσει ως βιοδείκτης κατά την ανάκαμψη. Αυτή η δραστηριότητα μπορεί στη συνέχεια να αποτελέσει στόχο για προσεγγίσεις ηλεκτρικής διέγερσης για την προώθηση της κινητικής ανάκαμψης μετά από ένα εγκεφαλικό».
Ο Gulati εργάζεται τώρα για να επαναλάβει αυτή την εργασία σε αρουραίους με εγκεφαλικά για να δει εάν αυτή η συντονισμένη δραστηριότητα χαμηλής συχνότητας στον κινητικό φλοιό και την παρεγκεφαλίδα γίνεται αδύναμη στα ζώα μετά από ένα εγκεφαλικό και αναζωπυρώνεται καθώς οι αρουραίοι ανακτούν τις ικανότητές τους να προσεγγίζουν και να πιάνουν.