Entwirren Sie das wo und Wann zu Fuß in das Gehirn

Stellen Sie sich zu Fuß, auf zwei Laufbändern im Fitnessstudio, auf einer Seite schneller als die andere. Würden Sie sich dieses ändern und kommen mit einem neuen Weg, zu Fuß, oder würde Sie taumeln und stolpern, wie Sie Ihre Beine falter über, völlig out-of-sync?

Dies mag ein extremes Szenario, aber ohne es zu wissen, unsere Gehirne passen unsere walking-Muster auf einer regulären basis. Dies geschieht, wenn Sie lernen, wie roller-Skates, zu Fuß auf unstable Gelände, wie ein Berg, der Straße, oder auch wenn Sie nur zu brechen in ein neues paar Schuhe mit hohen Absätzen.

Wie schaffen wir es zur Bewältigung dieser Aufgaben? Die Antwort ist die Praxis. Das Gehirn lernt, indem Sie versuchen, wieder und wieder, bis er ermöglicht eine Feinabstimmung der Bewegung die notwendigen Befehle, um unsere Ziele zu erreichen. Diese Fähigkeit zu lernen und neue Bewegungs-Muster können aufgedeckt werden mit Hilfe eines „split-belt Laufband“, durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die auf jeder Seite des Körpers, wodurch der asymmetrische Fuß. Die Menschen lernen wieder zu erlangen Symmetrie über ein paar Minuten von split-Gürtel gehen.

Aus zwei Beinen vier

Um zu verstehen, wie das Gehirn lernt, neue Bewegungs-Muster, das Labor von Dr. Megan Carey im Champalimaud Centre for the Unknown in Lissabon, Portugal, entwickelt eine split-belt Laufband für Mäuse. Dies ermöglicht es Ihnen, zu manipulieren, um die neuronale Aktivität in spezifischen Populationen von Neuronen zu testen, Ihre Rolle in der motorischen lernen. In einem Artikel veröffentlicht heute in der Zeitschrift Neuron, das Labor zeigt, dass die Mäuse, die lernen in einer Weise, die sehr ähnlich den Menschen, und offenbart Einblicke in, wie das Gehirn das macht dieses lernen geschehen.

„Wir waren überrascht von der auffallenden ähnlichkeiten zwischen den menschlichen und Maus-Bewegungs-lernen“, so Dr. Carey. Wie Menschen, split-belt-learning in mice hängt davon ab, Kleinhirn, einer Hirnregion, gelegen an der Basis des Gehirns, steuert die Koordination und verschiedene Formen des motorischen Lernens. Weitere, sowohl von Mensch und Maus zu lernen haben zwei getrennte Komponenten, die Anpassung an unterschiedliche Tarife—Raum und Zeit.

Diese animation zeigt die verschiedenen Stufen der Mäuse-walking-Anpassung auf einer split-belt Laufband. Credit: Alexandre Azinheira

Frei von Raum und Zeit im Gehirn

„Wenn wir zu Fuß (vor allem auf Portugiesisch calçada!) wir haben unsere Füße in der richtigen Ort, zur richtigen Zeit. Entweder eine der folgenden ist nicht ausreichend auf seine eigene,“ so Dr. Carey. „Wir haben festgestellt, dass die Steuerung von „wo“ und „Wann“ erreicht sind unterschiedlich, innerhalb der das Kleinhirn.“

Studieren split-belt lernen in Mäusen, Carey ‚ s team verwendet LocoMouse, ein computer-vision-Algorithmus, die Sie zuvor im Labor entwickelt, verfolgt die Bewegungen der Maus Pfoten, Nase, Schwanz und nicht-invasiv über die Zeit.

Mit LocoMouse in Kombination mit molekulargenetischen Werkzeugen zu manipulieren, die neuronale Aktivität, die Forscher waren in der Lage, nicht nur genau zeigen, wie die Bewegungen der vier Gliedmaßen waren die Anpassung während des Lernens, aber auch zu entwirren, das „Wann“ und „wo“ des motorischen Lernens, das Gehirn.

„Wir fanden, dass die beiden Seiten des Gehirns tragen auf unterschiedliche Weise auf die räumliche und zeitliche Komponenten des Lernens“, erklärt Dana Darmohray, ein student im Aufbaustudium in der Carey-Labor und der erste Autor der Studie. „Wir haben festgestellt, dass das räumliche lernen beeinträchtigt wurde, wenn wir manipuliert neuronale Aktivität auf beiden Seiten des Kleinhirns. Im Gegensatz dazu, zeitliche lernen war nur betroffen, wenn die neuronale Aktivität wurde manipuliert, auf der schnellen Seite des Laufband.“

„Die lateralisation fanden wir auf der neuronalen Ebene entsprach erstaunlich gut zu unseren Verhaltens-Analyse“, sagt Carey. „Obwohl alle vier Gliedmaßen trugen zum räumlichen lernen, die front, schnelle Tatze machte einen einzigartigen Beitrag zum lernen in der Zeit. Zusammengenommen sind diese Ergebnisse deutet darauf hin, dass lernen ‚wo‘ und ‚Wann‘ zu platzieren, die Füße sind separat verarbeitet im Gehirn.“

Die Zukunft

Bewegungs-lernen auf einer split-belt Laufband verwendet wird, als eine rehabilitative Therapie bei Menschen mit asymmetrischen Fuß-Muster, wie Schlaganfall-Patienten. „Angesichts der vielen ähnlichkeiten entdeckten wir zwischen Maus und Mensch lernen, wir hoffen, dass vielleicht eines Tages die Erkenntnisse aus diesem system verwendet werden könnte, für das design von neuen therapeutischen Ansätzen für Menschen“, sagt Carey.