Японские ученые доказали, что во время перемещения рук у приматов задействуются модули спинного мозга, которым соответствуют определенные паттерны движений, а специальные группы промежуточных нейронов помогают контролировать силу сокращения мышц. Статья, которая поможет узнать больше о лечении двигательных расстройств, опубликована в журнале PNAS.

В руке человека 27 мышц и 18 суставов, с помощью которых нервная система может координировать сложные движения. Однако количество комбинаций так велико, что воспроизвести этот контроль в режиме реального времени с трудом сможет современный суперкомпьютер.

Одна из возможных концепций того, как мозг упрощает себе задачу, — так называемая гипотеза «двигательных модулей», согласно которой мозг контролирует группы мышц, способные объединяться для создания определенных движений.

Исследования на лягушках подтверждали эту гипотезу, но только сейчас нейробиологи из Киотского университета попыталась обнаружить этот метод контроля в спинном мозге приматов.

Исследователи имплантировали набор электродов в шейный отдел спинного мозга трех макак. Ученые обнаружили, что, как и в случае лягушек, активация двух модулей нейронов, управляющих запястьем, создает один и тот же паттерн двигательной активности, который представляет собой сумму составляющих паттернов. Однако в отличие от амфибий развиваемая сила может быть во много раз больше, чем простое суммирование отдельной активности модулей. Такая картина наблюдалась в большинстве мышц, в том числе отвечающих за сгибание и разгибание в локте, запястье и пальцах.

Парная стимуляция спинного мозга обезьян активировала дополнительный набор промежуточных нейронов, которые изменяют силу движения. Таким образом, головной мозг может «спланировать» траекторию руки, в то время как спинной мозг регулирует мышечную активность, чтобы убедиться, что траектория выполняется.

Наглядным примером может служить питье из банки газировки. Мозг может «разработать» наилучший способ поднести банку ко рту, чтобы сделать глоток. Однако в этот момент масса банки неизвестна, поэтому для завершения действия дополнительный набор нейронов нужен, чтобы отрегулировать необходимую силу.

Результаты работы будут актуальны при лечении двигательных расстройств и нейродегенеративных заболеваний, а также при реабилитации после травм конечностей. В области робототехники эта теория управления может стать ключом к созданию более эффективных методов имитации сложных движений.