Наш мозок постійно координує роботу різних частин тіла, визначаючи, як саме мають узгоджуватися рухи. Однак те, як ця складна система організована в мозку, досі залишалося не до кінця зрозумілим. Тепер дослідники з Дитячої дослідницької лікарні Святого Юди та Колумбійського університету виявили раніше невідому карту в мозку мишей. Вона пов’язує окремі ділянки вторинної моторної кори з різними частинами тіла.
Результати дослідження опублікували в журналі Nature Communications. Відкриття може допомогти краще зрозуміти, як мозок організовує рухи та що відбувається з цими механізмами внаслідок неврологічних захворювань або травм.
Неочікувана карта в моторній корі
Науковці використовували швидкісну оптичну візуалізацію, яка дає змогу спостерігати за активністю мозку в реальному часі. Спочатку команда шукала основні ділянки, що безпосередньо запускають рухи. Проте під час спостережень дослідники помітили незвичайну закономірність: навіть у стані спокою активність сенсорних зон мозку помітно коливалася.
Виявилося, що активність кожної сенсорної ділянки була синхронізована з невеликою областю вторинної моторної кори, яку позначають як M2. Коли дослідники об’єднали ці області, вони побачили впорядковану карту, окремі частини якої відповідали різним ділянкам тіла.
«Знайти цю карту було несподівано», — розповіла керівниця дослідження Елізабет Гіллман із Дитячої дослідницької лікарні Святого Юди.
Подальший аналіз активності нейронів підтвердив, що характер сигналів у цих підділянках залежить від того, яка саме частина тіла задіяна в русі.
Складні рухи активують мозок інакше
Дослідники також порівняли мозкову активність під час різних типів рухів. З’ясувалося, що вторинна моторна кора реагує особливо активно, коли тварина виконує складні скоординовані дії, у яких беруть участь кілька частин тіла.
При цьому активність M2 змінюється залежно від ситуації. У стані спокою окремі ділянки демонструють синхронні коливання. Під час простих рухів їхня активність короткочасно змінюється, а під час складніших дій залишається підвищеною протягом тривалішого часу.
За словами Гіллман, це допомагає пояснити, чому раніше було складно інтерпретувати сигнали моторної кори: мозок не використовує один незмінний шаблон активності для всіх рухів.
Новий спосіб досліджувати порушення руху
Важливою особливістю роботи стала можливість безперервно спостерігати за активністю різних ділянок мозку, а не аналізувати лише невелику область або усереднювати результати багатьох повторень одного руху.
Такий підхід дав змогу виявити взаємозв’язки між ділянками мозку, які могли залишатися непомітними за допомогою попередніх методів візуалізації.
У майбутньому дослідники планують використовувати цю технологію для вивчення того, як змінюється робота мозку під час захворювань. Зокрема, вона може допомогти виявляти біомаркери, досліджувати механізми порушень і оцінювати ефективність лікування дитячих станів, що впливають на рухи, поведінку та пізнавальні функції.
Поки що відкриття стосується мозку мишей, а його значення для розуміння людської моторики потребує подальшого вивчення. Проте дослідження демонструє, як спостереження за мозковою активністю в реальному часі можуть відкривати раніше невідомі принципи координації рухів.