Introduzione al controllo motorio

Il controllo del comportamento motorio, o come i pensieri nel nostro cervello vengono tradotti in azioni del nostro corpo, è una delle domande più importanti che possono essere poste dagli scienziati comportamentali. È di fondamentale interesse scientifico capire come il nostro sistema nervoso può percepire e integrare le informazioni sensoriali e suscitare una risposta attraverso il nostro sistema muscolo-scheletrico. Allo stesso tempo, una migliore comprensione del controllo motorio ci aiuterà a costruire strumenti migliori per aiutare i pazienti con disturbi motori.

In questo video, imparerai a conoscere le basi neurobiologiche del controllo motorio, le domande fondamentali del campo, alcune delle importanti tecniche sperimentali e alcune applicazioni specifiche di queste tecniche per studiare il comportamento motorio.

Per iniziare, diamo un'occhiata a ciò che gli scienziati attualmente sanno sulla neurobiologia del controllo motorio.

Diverse parti del nostro sistema nervoso sembrano funzionare gerarchicamente per controllare il comportamento motorio. Nella parte superiore della gerarchia neuroanatomica c'è la corteccia motoria, costituita dall'area motoria premotoria e primaria. La sezione coronale attraverso la corteccia motoria rivela che l'area motoria primaria proietta "motoneuroni superiori" lungo il midollo spinale per controllare i movimenti di diverse parti. I neuroni che controllano specifiche parti del corpo sono localizzati nelle stesse regioni all'interno dell'area motoria, in modo tale che una "mappa motoria" del corpo possa essere approssimativamente identificata e rappresentata sotto forma di un "homunculus corticale".

Anteriormente all'area motoria primaria è l'area premotoria, che si propone di essere coinvolta nel controllo di movimenti complessi specifici del compito. Oltre a controllare direttamente il movimento, si suggerisce anche che l'area premotoria svolga un ruolo importante nella pianificazione e nell'apprendimento motorio.

Altre due aree del cervello possono svolgere importanti ruoli integrativi nel controllo motorio: il cervelletto e i gangli della base. Il cervelletto utilizza le informazioni provenienti da vari sistemi sensoriali per mettere a punto aspetti della locomozione, come ritmo, andatura, equilibrio e postura. È stato anche suggerito di svolgere un ruolo nella pianificazione e nell'apprendimento motorio. Si pensa che i gangli della base, che sono ricchi di connessioni con la corteccia e altre parti del cervello, siano coinvolti nella selezione di un movimento tra i tanti da eseguire. Le principali malattie motorie, come il Parkinson e l'Huntington, sono state attribuite a lesioni nei gangli della base.

Più in basso nella gerarchia motoria si trova il tronco cerebrale e il midollo spinale. I motoneuroni superiori della corteccia motoria viaggiano verso il basso come i tratti piramidali, che si collegano ai motoneuroni inferiori che controllano direttamente il movimento. D'altra parte, i tratti extrapiramidali che ricevono input da altre regioni del cervello sono principalmente responsabili della modulazione di aspetti del movimento come l'equilibrio, la postura e la coordinazione.

Oltre a ricevere istruzioni dai livelli più alti, i motoneuroni che escono dal midollo spinale sono anche responsabili dell'esecuzione di riflessi spinali involontari, come il riflesso istintivo, in cui le informazioni sensoriali dettano direttamente la risposta motoria.

Ora che abbiamo esaminato i correlati neurali del controllo motorio, diamo un'occhiata ad alcune delle principali domande nel campo del comportamento motorio.

Mentre ci sono idee approssimative sui ruoli delle varie regioni del cervello nel controllo motorio, gli scienziati stanno ancora cercando di capire cosa succede a questi sistemi nei disturbi del movimento. Le attività motorie specifiche studiate includono l'equilibrio e la coordinazione, nonché la destrezza. Con strumenti sperimentali migliorati, alcuni scienziati stanno cercando di individuare la localizzazione di eventi patologici dietro questi disturbi.

Un'altra domanda importante nel campo è: in che modo le nostre percezioni sensoriali influenzano i nostri movimenti? Ad esempio, gli scienziati stanno cercando di capire come le illusioni visive, o obiettivi con prospettive diverse, possono influenzare i movimenti volontari e involontari. Stanno anche studiando come viene regolata la postura quando al soggetto vengono presentati diversi segnali visivi e commossi.

Infine, gli scienziati sono anche interessati a studiare come vengono acquisite le capacità motorie. Ciò potrebbe comportare il tentativo di comprendere la durata del tempo e il tipo di feedback necessario per apprendere un'abilità motoria e quanto sia permanente l'abilità appresa.

Dopo aver esaminato alcune delle principali domande del campo, diamo un'occhiata agli strumenti sperimentali utilizzati per rispondere a queste domande.

I roditori, come topi e ratti, sono comunemente usati per eseguire test che valutano il comportamento motorio. Ad esempio, la funzione locomotoria di base può essere valutata con esercizi di tapis roulant o attività in campo aperto, mentre l'esercizio dei roditori su configurazioni, come il bilanciere e il rotarod, consente di testare l'equilibrio motorio e la coordinazione.

In alternativa, l'apprendimento motorio può essere studiato nei roditori utilizzando paradigmi che coinvolgono il raggiungimento di una ricompensa alimentare. Le attività di manipolazione degli alimenti sono utili anche per valutare la destrezza dell'angolo anteriore dell'animale. Questi test comportamentali possono essere combinati con interventi come la somministrazione di farmaci o la chirurgia, al fine di collegare un'attività motoria specificamente a una particolare base neurologica.

Infine, per osservare i cambiamenti neurologici che si verificano durante le attività motorie, possono essere applicate tecniche di imaging e misurazione elettrica. Tecniche come l'imaging a cellule vive, l'elettroencefalografia o l'EEG e l'elettromiografia o l'EMG possono essere utilizzate per misurare le attività neuronali e muscolari mentre il soggetto sta eseguendo un compito motorio.

Dopo aver esaminato alcuni metodi comuni utilizzati nello studio del controllo motorio, discutiamo alcune applicazioni di queste tecniche.

Come accennato, i test comportamentali possono essere combinati con lesioni indotte chirurgicamente per studiare il legame tra specifiche lesioni neurali e comportamento motorio. In questo studio, i ricercatori hanno indotto una lesione a un lato del midollo spinale cervicale nei ratti e poi hanno testato gli effetti sull'uso degli arti degli animali nelle attività di locomozione e manipolazione degli alimenti. Questi esperimenti aiutano gli scienziati a comprendere il ruolo di specifici circuiti neurali nell'attività motoria degli arti.

Per studiare il ruolo che le informazioni sensoriali svolgono nel controllo motorio, i ricercatori possono eseguire esperimenti in cui presentano ai soggetti specifici segnali sensoriali e osservano i loro effetti sul movimento. In questo studio, il partecipante è stato collocato in un ambiente in cui le immagini circostanti e la superficie di supporto sono state programmate per muoversi o oscillare. È stata quindi valutata la capacità del soggetto di regolare la sua postura e mantenere l'equilibrio.

Infine, alcuni scienziati stanno sviluppando protocolli in cui più modalità di raccolta dati vengono utilizzate contemporaneamente per ottenere un quadro più completo del controllo motorio. In questo studio, gli scienziati hanno combinato EEG, EMG e protocolli di motion capture al fine di esaminare l'attività neurale nei partecipanti che svolgono compiti motori del mondo reale.

Hai appena visto il video di JoVE sul controllo del comportamento motorio. Questo video ha esaminato l'attuale comprensione neurobiologica del controllo motorio, le domande chiave e i metodi di spicco del campo, nonché alcune applicazioni dei metodi per studiare il comportamento motorio. Come sempre, grazie per aver guardato!