Wie sich das Gehirn auf Bewegung und Handlungen vorbereitet

Wie sich das Gehirn auf Bewegung und Handlungen vorbereitet Um eine Abfolge von Aktionen auszuführen, muss unser Gehirn sie in der richtigen Reihenfolge vorbereiten und in die Warteschlange stellen. AYAakovlev / Shutterstock

Unser Verhalten hängt weitgehend davon ab, wie gut wir Bewegungen in der richtigen Reihenfolge steuern, organisieren und ausführen. Nehmen wir zum Beispiel das Schreiben. Wenn wir auf einer Seite nicht einen Strich nach dem anderen machen würden, könnten wir kein Wort schreiben.

Allerdings sind motorische Fähigkeiten (Single oder Sequenzen von Aktionen Es kann sehr schwer zu erlernen und abzurufen sein, wenn neurologische Zustände die Planung und Steuerung von sequentiellen Bewegungen stören. Wenn eine Person eine Störung hat - wie z Dyspraxie oder Stottern - bestimmte Fähigkeiten können nicht reibungslos und koordiniert ausgeführt werden.

Traditionell Wissenschaftler haben geglaubt dass in einer Abfolge von Handlungen jede im Gehirn eng mit der anderen verbunden ist und eine die nächste auslöst. Aber wenn dies korrekt ist, wie können wir dann Fehler bei der Sequenzierung erklären? Warum geben wir zum Beispiel "form" statt "from" ein?

Manche Forscher argumentieren Bevor wir mit einer Abfolge von Aktionen beginnen, ruft das Gehirn alle Elemente gleichzeitig ab und plant sie. Es wird eine Karte vorbereitet, auf der jedes Objekt einen Aktivierungsstempel in Bezug auf seine Reihenfolge in der Sequenz hat. Diese konkurrieren miteinander, bis der Gegenstand mit der stärkeren Aktivierung gewinnt. Es wird für die Ausführung als "vorbereitet" "ausgegeben" - also geben wir beispielsweise zuerst "f" in das Wort "von" ein - und dann wird es aus der Karte gelöscht. Dieser als kompetitive Warteschlange bezeichnete Vorgang wird für den Rest der Aktionen wiederholt, bis alle Elemente der Sequenz in der richtigen Reihenfolge ausgeführt wurden.

Diese Idee, dass das Gehirn simultane Aktivierungen von Aktionen nutzt, bevor irgendeine Bewegung stattfindet, war in einer 2002-Studie bewiesen. Als Affen Formen zeichneten (z. B. drei Striche für ein Dreieck), stellten die Forscher fest, dass vor Beginn der Bewegung für jeden Strich simultane neuronale Muster existierten. Wie stark die Aktivierung war, konnte die Position dieser bestimmten Aktion bei der Ausführung vorhersagen.

Planung und Anstehen

Bisher ist nicht bekannt, ob dieses Aktivierungssystem im menschlichen Gehirn eingesetzt wird. Wir haben auch nicht gewusst, wie Aktionen in die Warteschlange gestellt werden, während wir sie basierend auf ihrer Position in der Sequenz vorbereiten. jedoch neuere Forschungen Neurowissenschaftler der Bangor University und des University College London haben gezeigt, dass es auch im menschlichen Gehirn zu einer gleichzeitigen Planung und zu einem Anstehen im Wettbewerb kommt.

Wie sich das Gehirn auf Bewegung und Handlungen vorbereitet Um Abfolgen von Aktionen auszuführen, müssen unsere Gehirne alle in eine Warteschlange stellen, bevor wir dies tun. Liderina / Shutterstock

Für diese Studie interessierten sich die Forscher dafür, wie sich das Gehirn darauf vorbereitet, gut gelernte Action-Sequenzen wie Tippen oder Klavierspielen auszuführen. Die Teilnehmer wurden zwei Tage lang geschult, um abstrakte Formen mit Fünf-Finger-Sequenzen in einer computergestützten Aufgabe zu verbinden. Sie lernten die Sequenzen, indem sie einen kleinen Punkt beobachteten, der sich von Finger zu Finger auf einem auf dem Bildschirm angezeigten Handbild bewegte, und den entsprechenden Finger auf einem Antwortgerät drückten. Diese Sequenzen waren Kombinationen von zwei Fingerreihenfolgen mit zwei verschiedenen Rhythmen.

Am dritten Tag mussten die Teilnehmer - basierend auf der für eine Weile auf dem Bildschirm dargestellten abstrakten Form - die korrekte Sequenz vollständig aus dem Gedächtnis erzeugen, während ihre Gehirnaktivität aufgezeichnet wurde.

Mit Blick auf die Gehirnsignale konnte das Team die neuronalen Muster der Teilnehmer bei der Planung und Ausführung der Bewegungen unterscheiden. Die Forscher stellten fest, dass Millisekunden vor Beginn der Bewegung alle Fingerdrücke in einer geordneten Reihenfolge in die Warteschlange gestellt und „gestapelt“ wurden. Das Aktivierungsmuster der Fingerdrücke spiegelte ihre Position in der Sequenz wider, die unmittelbar danach ausgeführt wurde. Dieses kompetitive Warteschlangenmuster zeigte, dass das Gehirn die Sequenz vorbereitet hat, indem es die einzelnen Aktionen in der richtigen Reihenfolge organisiert hat.

Die Forscher untersuchten auch, ob diese vorbereitende Warteschlangenaktivität auf verschiedene Sequenzen aufgeteilt war, die unterschiedliche Rhythmen oder Fingerordnungen aufwiesen, und stellten fest, dass dies der Fall war. Der kompetitive Warteschlangenmechanismus fungierte als Vorlage, um jede Aktion in eine Position zu leiten, und lieferte die Grundlage für die genaue Erstellung neuer Sequenzen. Auf diese Weise bleibt das Gehirn flexibel und effizient genug, um unbekannte Kombinationen von Sequenzen zu produzieren, indem es diese mithilfe dieser vorbereitenden Vorlage organisiert.

Interessanterweise sagte die Qualität des vorbereitenden Musters voraus, wie genau ein Teilnehmer bei der Erstellung einer Sequenz war. Mit anderen Worten, je besser die Aktivitäten oder Aktionen vor der Ausführung der Sequenz voneinander getrennt waren, desto wahrscheinlicher war es, dass der Teilnehmer die Sequenz fehlerfrei ausführte. Das Vorhandensein von Fehlern führte andererseits dazu, dass die Warteschlangen der Muster zur Vorbereitung der Aktion weniger genau definiert waren und sich eher vermischten.

Wenn die Forscher wissen, wie unsere Aktionen im Gehirn geplant sind, können sie die Parameter für die Ausführung reibungsloser und genauer Bewegungsabläufe ermitteln. Dies könnte zu einem besseren Verständnis der Schwierigkeiten führen, die bei Störungen des Sequenzlernens und der Sequenzkontrolle wie Stottern und Dyspraxie auftreten. Dies könnte auch zur Entwicklung neuer Rehabilitations- oder Behandlungstechniken beitragen, mit denen die Bewegungsplanung optimiert werden kann, damit die Patienten die Handlungsabläufe besser steuern können.Das Gespräch

Über den Autor

Myrto Mantziara, Doktorandin, Bangor University

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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