Adaptace motoru - Motor adaptation - Wikipedia

Adaptace motoru, forma motorické učení, je proces získávání a obnovování pohybových vzorců (např. koordinačních vzorů nohou) prostřednictvím procesu učení založeného na chybách. Tento typ adaptace je závislý na kontextu, a proto je specifický pro prostředí, ve kterém k adaptaci došlo. The Centrální nervový systém, zejména mozeček, je základem této formy přizpůsobení u obratlovců. Navrhuje se, aby se nervový systém naučil předpovídat a rušit účinky nového prostředí a vracet pohyby do blízkosti výchozích (nerušených) podmínek.[1] Během adaptace motoru nervový systém neustále používá informace o chybě ke zlepšení budoucích pohybů.[2][3]

Adaptivní opasek

Schéma adaptace motoru. Vlevo je zobrazena karikatura znázorňující subjekt, který kráčí na běžeckém pásu s děleným pásem, během kterého je levá noha vedena k pomalejšímu pohybu než pravá. Vpravo je zobrazen proces přizpůsobení děleného pásu, který zahrnuje narušení a poté obnovení symetrie délky kroku na začátku a na konci (vpravo dole) změny rychlosti přes levý a pravý pás běžeckého pásu (vpravo nahoře)

Adaptivní dělený pás je podtyp motorické adaptace, při které jsou končetiny na každé straně těla zvířete poháněny různými rychlostmi. Toho je dosaženo použitím běžeckého pásu s děleným pásem, který se skládá ze dvou nezávisle ovládaných běžeckých pásů. Zvířata podstupující adaptaci děleného pásu upravují svůj koordinační vzorec končetin, aby znovu získaly celkovou symetrii chůze. Adaptace na dělený pás má pozoruhodnou periodu následku (končetiny poháněné stejnou rychlostí), ve které zůstává vzor pro koordinaci mezi končetinami změněn oproti tomu v období před adaptací po určitou dobu po perturbačním období děleného pásu. Následný účinek je však závislý na kontextu, a proto bude existovat pouze ve stejném lokomotorickém prostředí, ve kterém došlo k adaptaci. Navíc má adaptace děleného pásu prostorové (umístění končetiny) a časové (načasování pohybu končetiny) komponenty, které jsou oddělitelné na úrovni chování a obvodu. Míry adaptace těchto dvou složek se liší, přičemž adaptace časové složky je rychlejší než adaptace prostorové složky. U obratlovců se navrhuje mozeček, aby se usnadnila adaptace děleného pásu, a u myší je pro tuto formu adaptace zvláště důležité vložené cerebelární jádro. Navíc se ukázalo, že somatomotorické oblasti mozkové kůry u myší nejsou zapojeny do adaptace děleného pásu. Paradigma přizpůsobení děleného pásu je klinicky důležité pro pomoc při úpravě nebo obnově narušených vzorců koordinace končetin v důsledku poranění nebo patologií, stejně jako pro pochopení specifických aspektů (např. Časových nebo prostorových složek) chůze, které jsou v patologiích chůze narušeny.[3][4][5]

Následné účinky

Jak je ukázáno v grafu, když jsou síly prostředí odstraněny, subjekt si po omezenou dobu vyhrazuje adaptivní pohybový vzor (stupeň 4). Tento motorický následek ukazuje, že student nejen reaguje na změny prostředí, ale také předvídá očekávanou dynamiku nového prostředí a pohybuje se podle nového souboru očekávání. Zdá se tedy, že adaptace motoru spoléhá na aktualizaci interní reprezentace (interního modelu) externího prostředí.[6]

Účinky a následné účinky
Přizpůsobení motoru

Interní model

Fenomény následných účinků naznačují, že před pohybem CNS generuje interní model, druh vnitřní mapy, která vede tělo v průběhu pohybu a přizpůsobuje se silám prostředí. Toto pozorování naznačuje, že při programování výkonu motoru do svalů paže CNS používá interní model (Wolpert et al., 1995b) k předpovědi mechanické dynamiky úkolu.[7] Adaptace motoru je robustní jev a byla nalezena také u opic[8] a myši[9] provádění motorických úkolů. Použitím optogenetika studie, kterou provedl Dr. Mackenzie Mathis na Harvardově univerzitě by to mohlo ukázat i použití myší somatosenzorická kůra podílí se na aktualizaci interního modelu.[9]

Viz také

Motorické učení

Ovládání motoru

Reference

  1. ^ Izawa, J .; Rane, T .; Donchin, O .; Shadmehr, R. (2008). „Motorická adaptace jako proces reoptimizace“. Journal of Neuroscience. 28 (11): 2883–2891. doi:10.1523 / JNEUROSCI.5359-07.2008. PMC  2752329. PMID  18337419.
  2. ^ Wei, K .; Kording, K. (2008). „Relevance chyby: Co vede k přizpůsobení motoru?“. Journal of Neurophysiology. 101 (2): 655–664. doi:10.1152 / jn.90545.2008. PMC  2657056. PMID  19019979.
  3. ^ A b Darmohray, D .; Jacobs, J .; Marques, H .; Carey, M. (2019). "Prostorové a časové pohybové učení v mozkovém mozku". Neuron. 102 (1): 217–231. doi:10.1016 / j.neuron.2019.01.038. PMID  30795901.
  4. ^ Gonzalez-Rubio, M .; Velasquez, N .; Torres-Oviedo, G. (2019). „Explicitní řízení časování kroků během chůze s děleným pásem odhaluje vzájemně závislou rekalibraci pohybů v prostoru a čase“. Přední. Hučení. Neurosci. 13: 207. doi:10.3389 / fnhum.2019.00207. PMC  6619396. PMID  31333429.
  5. ^ Malone, L .; Bastian, A .; Torres-Oviedo, G. (2012). "Jak motorový systém opravuje chyby v čase a prostoru během adaptace lokomotivy?". J. Neurophysiol. 108 (2): 672–683. doi:10.1152 / jn.00391.2011. PMC  4073916. PMID  22514294.
  6. ^ Huang, V. S .; Krakauer, J. W. (2009). „Robotická neurorehabilitace: perspektiva výpočetního motorického učení“. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 6: 5. doi:10.1186/1743-0003-6-5. PMC  2653497. PMID  19243614.
  7. ^ Shadmehr, R; BrashersKrug, T (1. ledna 1997). "Funkční fáze formování lidské dlouhodobé motorické paměti". Journal of Neuroscience. 17 (1): 409–419. doi:10.1523 / JNEUROSCI.17-01-00409.1997.
  8. ^ Li, Chiang-Shan Ray; Padoa-Schioppa, Camillo; Bizzi, Emilio (2001). „Neuronální korelace motorického výkonu a motorického učení v primární motorické kůře opic přizpůsobené vnějšímu silovému poli“. Neuron. 30 (2): 593–607. doi:10.1016 / s0896-6273 (01) 00301-4. PMID  11395017.
  9. ^ A b Mathis, Mackenzie Weygandt; Mathis, Alexander; Uchida, Naoshige (2017). „Somatosenzorická kůra hraje zásadní roli v adaptaci motoriky předních končetin u myší“. Neuron. 93 (6): 1493–1503.e6. doi:10.1016 / j.neuron.2017.02.049. PMC  5491974. PMID  28334611.