Een inleiding tot motorbesturing
De controle over motoriek, of hoe de gedachten in onze hersenen worden vertaald in acties van ons lichaam, is een van de belangrijkste vragen die gedragswetenschappers kunnen stellen. Het is van fundamenteel wetenschappelijk belang om te begrijpen hoe ons zenuwstelsel sensorische informatie kan waarnemen en integreren en een reactie kan uitlokken via ons bewegingsapparaat. Tegelijkertijd zal een beter begrip van motorische controle ons helpen betere hulpmiddelen te bouwen om patiënten met motorische stoornissen te helpen.
In deze video leer je over de neurobiologische basis van motorische controle, de fundamentele vragen van het veld, enkele belangrijke experimentele technieken en enkele specifieke toepassingen van deze technieken om motoriek te bestuderen.
Laten we beginnen met wat wetenschappers momenteel weten over de neurobiologie van motorische controle.
Verschillende delen van ons zenuwstelsel lijken hiërarchisch te functioneren om motoriek te beheersen. Aan de top van de neuroanatomische hiërarchie bevindt zich de motorische cortex, bestaande uit de premotorische en primaire motorische gebieden. Een coronale doorsnede door de motorische cortex laat zien dat het primaire motorische gebied "bovenste motorische neuronen" naar beneden projecteert in het ruggenmerg om bewegingen van verschillende delen van het lichaam te beheersen. Neuronen die specifieke lichaamsdelen besturen, zijn gelokaliseerd in dezelfde regio's binnen het motorische gebied, zodat een "motorische kaart" van het lichaam grofweg kan worden geïdentificeerd en weergegeven in de vorm van een "corticale homunculus."
Anterieure ten opzichte van het primaire motorische gebied bevindt zich het premotorische gebied, dat naar verluidt betrokken is bij de controle van taakspecifieke complexe bewegingen. Naast het direct besturen van bewegingen, wordt het premotorische gebied ook gezien als een belangrijke speler in motorische planning en leren.
Twee andere hersengebieden kunnen belangrijke integratieve rollen spelen in motorische controle: het cerebellum en de basale ganglia. Het cerebellum gebruikt informatie van verschillende sensorische systemen om aspecten van voortbeweging te verfijnen, zoals ritme, gang, balans en houding. Er is ook gesuggereerd dat het een rol speelt in motorische planning en leren. De basale ganglia, die rijk is aan verbindingen met de cortex en andere delen van de hersenen, wordt geacht betrokken te zijn bij het selecteren van een beweging uit vele om uit te voeren. Belangrijke motorische ziekten, zoals Parkinson en Huntington, zijn toegeschreven aan laesies in de basale ganglia.
Verder naar beneden in de motorische hiërarchie bevinden zich de hersenstam en het ruggenmerg. Bovenste motorische neuronen van de motorische cortex reizen naar beneden als de piramidebanen, die verbinding maken met de onderste motorische neuronen die direct de beweging besturen. Aan de andere kant zijn de extrapiramidale banen, die input ontvangen van andere hersengebieden, voornamelijk verantwoordelijk voor het moduleren van aspecten van beweging zoals balans, houding en coördinatie.
Naast het ontvangen van instructies van hogere niveaus, zijn motorische neuronen die uit het ruggenmerg komen ook verantwoordelijk voor de uitvoering van onvrijwillige spinale reflexen, zoals de kniebuigreflex, waarbij sensorische informatie direct de motorische reactie dicteert.
Nu we de neurale correlaties van motorische controle hebben besproken, laten we eens kijken naar enkele van de belangrijkste vragen op het gebied van motoriek.
Hoewel er grove ideeën zijn over de rollen van verschillende hersengebieden in motorische controle, proberen wetenschappers nog steeds uit te zoeken wat er met deze systemen gebeurt bij bewegingsstoornissen. Specifieke motorische activiteiten die worden onderzocht, zijn onder meer balans en coördinatie, evenals behendigheid. Met behulp van verbeterde experimentele hulpmiddelen proberen sommige wetenschappers de lokalisatie van pathologische gebeurtenissen achter deze stoornissen te bepalen.
Een andere belangrijke vraag in het veld is: hoe beïnvloeden onze zintuiglijke percepties onze bewegingen? Wetenschappers proberen bijvoorbeeld te begrijpen hoe visuele illusies, of doelen met verschillende perspectieven, vrijwillige en onvrijwillige bewegingen kunnen beïnvloeden. Ze onderzoeken ook hoe de houding wordt aangepast wanneer het onderwerp wordt geconfronteerd met verschillende visuele en motionele signalen.
Ten slotte zijn wetenschappers ook geïnteresseerd in het bestuderen hoe motorische vaardigheden worden verworven. Dit kan inhouden dat men probeert te begrijpen hoe lang en wat voor soort feedback nodig is om een motorische vaardigheid te leren, en hoe permanent de geleerde vaardigheid is.
Na het bespreken van enkele van de belangrijkste vragen van het veld, laten we eens kijken naar de experimentele hulpmiddelen die worden gebruikt om deze vragen te beantwoorden.
Rodenten, zoals muizen en ratten, worden vaak gebruikt om tests uit te voeren die motoriek beoordelen. Bijvoorbeeld, kan eenvoudige voortbewegingsfunctie worden beoordeeld met loopbandoefeningen of openveldactiviteiten, terwijl het laten trainen van rodenten op opstellingen, zoals de evenwichtsbalk en de rotastok, toelaat dat motorische balans en coördinatie worden getest.
Alternatief kan motorisch leren bij rodenten worden onderzocht met behulp van paradigma's waarbij het reiken naar een voedselbeloning betrokken is. Voedselverwerkingstaken zijn ook nuttig voor het beoordelen van de voorpootdexteriteit van het dier. Deze gedragstests kunnen worden gecombineerd met interventies zoals medicijntoediening of chirurgie, om een motorische activiteit specifiek te koppelen aan een specifieke neurologische basis.
Ten slotte kunnen beeldvormings- en elektrische meettechnieken worden toegepast om de neurologische veranderingen te observeren die optreden tijdens motorische activiteiten. Technieken zoals live-celbeeldvorming, elektro-encefalografie of EEG, en elektromyografie of EMG kunnen worden gebruikt om neuronale en spieractiviteiten te meten terwijl het onderwerp een motorische taak uitvoert.
Na het bekijken van enkele gebruikelijke methoden die worden gebruikt bij het onderzoek naar motorische controle, laten we een paar toepassingen van deze technieken bespreken.
Motorische controle omvat integratie en verwerking van sensorische informatie door ons zenuwstelsel, gevolgd door een reactie via ons skelet om een vr…
De controle over motoriek, of hoe de gedachten in onze hersenen worden vertaald in acties van ons lichaam, is een van de belangrijkste vragen die gedragswetenschappers kunnen stellen. Het is van fundamenteel wetenschappelijk belang om te begrijpen hoe ons zenuwstelsel sensorische informatie kan waarnemen en integreren en een reactie kan uitlokken via ons bewegingsapparaat. Tegelijkertijd zal een beter begrip van motorische controle ons helpen betere hulpmiddelen te bouwen om patiënten met motorische stoornissen te helpen.
In deze video leer je over de neurobiologische basis van motorische controle, de fundamentele vragen van het veld, enkele belangrijke experimentele technieken en enkele specifieke toepassingen van deze technieken om motoriek te bestuderen.
Laten we beginnen met wat wetenschappers momenteel weten over de neurobiologie van motorische controle.
Verschillende delen van ons zenuwstelsel lijken hiërarchisch te functioneren om motoriek te beheersen. Aan de top van de neuroanatomische hiërarchie bevindt zich de motorische cortex, bestaande uit de premotorische en primaire motorische gebieden. Een coronale doorsnede door de motorische cortex laat zien dat het primaire motorische gebied "bovenste motorische neuronen" naar beneden projecteert in het ruggenmerg om bewegingen van verschillende delen van het lichaam te beheersen. Neuronen die specifieke lichaamsdelen besturen, zijn gelokaliseerd in dezelfde regio's binnen het motorische gebied, zodat een "motorische kaart" van het lichaam grofweg kan worden geïdentificeerd en weergegeven in de vorm van een "corticale homunculus."
Anterieure ten opzichte van het primaire motorische gebied bevindt zich het premotorische gebied, dat naar verluidt betrokken is bij de controle van taakspecifieke complexe bewegingen. Naast het direct besturen van bewegingen, wordt het premotorische gebied ook gezien als een belangrijke speler in motorische planning en leren.
Twee andere hersengebieden kunnen belangrijke integratieve rollen spelen in motorische controle: het cerebellum en de basale ganglia. Het cerebellum gebruikt informatie van verschillende sensorische systemen om aspecten van voortbeweging te verfijnen, zoals ritme, gang, balans en houding. Er is ook gesuggereerd dat het een rol speelt in motorische planning en leren. De basale ganglia, die rijk is aan verbindingen met de cortex en andere delen van de hersenen, wordt geacht betrokken te zijn bij het selecteren van een beweging uit vele om uit te voeren. Belangrijke motorische ziekten, zoals Parkinson en Huntington, zijn toegeschreven aan laesies in de basale ganglia.
Verder naar beneden in de motorische hiërarchie bevinden zich de hersenstam en het ruggenmerg. Bovenste motorische neuronen van de motorische cortex reizen naar beneden als de piramidebanen, die verbinding maken met de onderste motorische neuronen die direct de beweging besturen. Aan de andere kant zijn de extrapiramidale banen, die input ontvangen van andere hersengebieden, voornamelijk verantwoordelijk voor het moduleren van aspecten van beweging zoals balans, houding en coördinatie.
Naast het ontvangen van instructies van hogere niveaus, zijn motorische neuronen die uit het ruggenmerg komen ook verantwoordelijk voor de uitvoering van onvrijwillige spinale reflexen, zoals de kniebuigreflex, waarbij sensorische informatie direct de motorische reactie dicteert.
Nu we de neurale correlaties van motorische controle hebben besproken, laten we eens kijken naar enkele van de belangrijkste vragen op het gebied van motoriek.
Hoewel er grove ideeën zijn over de rollen van verschillende hersengebieden in motorische controle, proberen wetenschappers nog steeds uit te zoeken wat er met deze systemen gebeurt bij bewegingsstoornissen. Specifieke motorische activiteiten die worden onderzocht, zijn onder meer balans en coördinatie, evenals behendigheid. Met behulp van verbeterde experimentele hulpmiddelen proberen sommige wetenschappers de lokalisatie van pathologische gebeurtenissen achter deze stoornissen te bepalen.
Een andere belangrijke vraag in het veld is: hoe beïnvloeden onze zintuiglijke percepties onze bewegingen? Wetenschappers proberen bijvoorbeeld te begrijpen hoe visuele illusies, of doelen met verschillende perspectieven, vrijwillige en onvrijwillige bewegingen kunnen beïnvloeden. Ze onderzoeken ook hoe de houding wordt aangepast wanneer het onderwerp wordt geconfronteerd met verschillende visuele en motionele signalen.
Ten slotte zijn wetenschappers ook geïnteresseerd in het bestuderen hoe motorische vaardigheden worden verworven. Dit kan inhouden dat men probeert te begrijpen hoe lang en wat voor soort feedback nodig is om een motorische vaardigheid te leren, en hoe permanent de geleerde vaardigheid is.
Na het bespreken van enkele van de belangrijkste vragen van het veld, laten we eens kijken naar de experimentele hulpmiddelen die worden gebruikt om deze vragen te beantwoorden.
Rodenten, zoals muizen en ratten, worden vaak gebruikt om tests uit te voeren die motoriek beoordelen. Bijvoorbeeld, kan eenvoudige voortbewegingsfunctie worden beoordeeld met loopbandoefeningen of openveldactiviteiten, terwijl het laten trainen van rodenten op opstellingen, zoals de evenwichtsbalk en de rotastok, toelaat dat motorische balans en coördinatie worden getest.
Alternatief kan motorisch leren bij rodenten worden onderzocht met behulp van paradigma's waarbij het reiken naar een voedselbeloning betrokken is. Voedselverwerkingstaken zijn ook nuttig voor het beoordelen van de voorpootdexteriteit van het dier. Deze gedragstests kunnen worden gecombineerd met interventies zoals medicijntoediening of chirurgie, om een motorische activiteit specifiek te koppelen aan een specifieke neurologische basis.
Ten slotte kunnen beeldvormings- en elektrische meettechnieken worden toegepast om de neurologische veranderingen te observeren die optreden tijdens motorische activiteiten. Technieken zoals live-celbeeldvorming, elektro-encefalografie of EEG, en elektromyografie of EMG kunnen worden gebruikt om neuronale en spieractiviteiten te meten terwijl het onderwerp een motorische taak uitvoert.
Na het bekijken van enkele gebruikelijke methoden die worden gebruikt bij het onderzoek naar motorische controle, laten we een paar toepassingen van deze technieken bespreken.
De controle over motoriek, of hoe de gedachten in onze hersenen worden vertaald in acties van ons lichaam, is een van de belangrijkste vragen die gedragswetenschappers kunnen stellen. Het is van fundamenteel wetenschappelijk belang om te begrijpen hoe ons zenuwstelsel sensorische informatie kan waarnemen en integreren en een reactie kan uitlokken via ons bewegingsapparaat. Tegelijkertijd zal een beter begrip van motorische controle ons helpen betere hulpmiddelen te bouwen om patiënten met motorische stoornissen te helpen.
In deze video leer je over de neurobiologische basis van motorische controle, de fundamentele vragen van het veld, enkele belangrijke experimentele technieken en enkele specifieke toepassingen van deze technieken om motoriek te bestuderen.
Laten we beginnen met wat wetenschappers momenteel weten over de neurobiologie van motorische controle.
Verschillende delen van ons zenuwstelsel lijken hiërarchisch te functioneren om motoriek te beheersen. Aan de top van de neuroanatomische hiërarchie bevindt zich de motorische cortex, bestaande uit de premotorische en primaire motorische gebieden. Een coronale doorsnede door de motorische cortex laat zien dat het primaire motorische gebied "bovenste motorische neuronen" naar beneden projecteert in het ruggenmerg om bewegingen van verschillende delen van het lichaam te beheersen. Neuronen die specifieke lichaamsdelen besturen, zijn gelokaliseerd in dezelfde regio's binnen het motorische gebied, zodat een "motorische kaart" van het lichaam grofweg kan worden geïdentificeerd en weergegeven in de vorm van een "corticale homunculus."
Anterieure ten opzichte van het primaire motorische gebied bevindt zich het premotorische gebied, dat naar verluidt betrokken is bij de controle van taakspecifieke complexe bewegingen. Naast het direct besturen van bewegingen, wordt het premotorische gebied ook gezien als een belangrijke speler in motorische planning en leren.
Twee andere hersengebieden kunnen belangrijke integratieve rollen spelen in motorische controle: het cerebellum en de basale ganglia. Het cerebellum gebruikt informatie van verschillende sensorische systemen om aspecten van voortbeweging te verfijnen, zoals ritme, gang, balans en houding. Er is ook gesuggereerd dat het een rol speelt in motorische planning en leren. De basale ganglia, die rijk is aan verbindingen met de cortex en andere delen van de hersenen, wordt geacht betrokken te zijn bij het selecteren van een beweging uit vele om uit te voeren. Belangrijke motorische ziekten, zoals Parkinson en Huntington, zijn toegeschreven aan laesies in de basale ganglia.
Verder naar beneden in de motorische hiërarchie bevinden zich de hersenstam en het ruggenmerg. Bovenste motorische neuronen van de motorische cortex reizen naar beneden als de piramidebanen, die verbinding maken met de onderste motorische neuronen die direct de beweging besturen. Aan de andere kant zijn de extrapiramidale banen, die input ontvangen van andere hersengebieden, voornamelijk verantwoordelijk voor het moduleren van aspecten van beweging zoals balans, houding en coördinatie.
Naast het ontvangen van instructies van hogere niveaus, zijn motorische neuronen die uit het ruggenmerg komen ook verantwoordelijk voor de uitvoering van onvrijwillige spinale reflexen, zoals de kniebuigreflex, waarbij sensorische informatie direct de motorische reactie dicteert.
Nu we de neurale correlaties van motorische controle hebben besproken, laten we eens kijken naar enkele van de belangrijkste vragen op het gebied van motoriek.
Hoewel er grove ideeën zijn over de rollen van verschillende hersengebieden in motorische controle, proberen wetenschappers nog steeds uit te zoeken wat er met deze systemen gebeurt bij bewegingsstoornissen. Specifieke motorische activiteiten die worden onderzocht, zijn onder meer balans en coördinatie, evenals behendigheid. Met behulp van verbeterde experimentele hulpmiddelen proberen sommige wetenschappers de lokalisatie van pathologische gebeurtenissen achter deze stoornissen te bepalen.
Een andere belangrijke vraag in het veld is: hoe beïnvloeden onze zintuiglijke percepties onze bewegingen? Wetenschappers proberen bijvoorbeeld te begrijpen hoe visuele illusies, of doelen met verschillende perspectieven, vrijwillige en onvrijwillige bewegingen kunnen beïnvloeden. Ze onderzoeken ook hoe de houding wordt aangepast wanneer het onderwerp wordt geconfronteerd met verschillende visuele en motionele signalen.
Ten slotte zijn wetenschappers ook geïnteresseerd in het bestuderen hoe motorische vaardigheden worden verworven. Dit kan inhouden dat men probeert te begrijpen hoe lang en wat voor soort feedback nodig is om een motorische vaardigheid te leren, en hoe permanent de geleerde vaardigheid is.
Na het bespreken van enkele van de belangrijkste vragen van het veld, laten we eens kijken naar de experimentele hulpmiddelen die worden gebruikt om deze vragen te beantwoorden.
Rodenten, zoals muizen en ratten, worden vaak gebruikt om tests uit te voeren die motoriek beoordelen. Bijvoorbeeld, kan eenvoudige voortbewegingsfunctie worden beoordeeld met loopbandoefeningen of openveldactiviteiten, terwijl het laten trainen van rodenten op opstellingen, zoals de evenwichtsbalk en de rotastok, toelaat dat motorische balans en coördinatie worden getest.
Alternatief kan motorisch leren bij rodenten worden onderzocht met behulp van paradigma's waarbij het reiken naar een voedselbeloning betrokken is. Voedselverwerkingstaken zijn ook nuttig voor het beoordelen van de voorpootdexteriteit van het dier. Deze gedragstests kunnen worden gecombineerd met interventies zoals medicijntoediening of chirurgie, om een motorische activiteit specifiek te koppelen aan een specifieke neurologische basis.
Ten slotte kunnen beeldvormings- en elektrische meettechnieken worden toegepast om de neurologische veranderingen te observeren die optreden tijdens motorische activiteiten. Technieken zoals live-celbeeldvorming, elektro-encefalografie of EEG, en elektromyografie of EMG kunnen worden gebruikt om neuronale en spieractiviteiten te meten terwijl het onderwerp een motorische taak uitvoert.
Na het bekijken van enkele gebruikelijke methoden die worden gebruikt bij het onderzoek naar motorische controle, laten we een paar toepassingen van deze technieken bespreken.
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What is the hierarchical organization of the nervous system in motor control?
Motor control operates through a hierarchical nervous system structure. The motor cortex, consisting of premotor and primary motor areas, sits at the top and projects upper motor neurons down the spinal cord. The cerebellum fine-tunes locomotion aspects like rhythm and balance, while the basal ganglia selects which motion to execute. Lower levels include the brainstem and spinal cord, which handle involuntary reflexes and coordinate movement execution.
Q2: How does the motor cortex map body movements?
The primary motor area contains a motor map where neurons controlling specific body parts are localized to the same regions. This spatial organization can be represented as a cortical homunculus, a distorted map of the body reflecting the relative amount of motor cortex devoted to each body part. The premotor area, located anterior to the primary motor area, controls task-specific complex movements and plays a major role in motor planning and learning.
Q3: What role do the cerebellum and basal ganglia play in motor control?
The cerebellum uses sensory information to fine-tune locomotion aspects such as rhythm, gait, balance, and posture, and contributes to motor planning and learning. The basal ganglia, rich in connections to the cortex, selects which motion to execute from multiple options. Damage to the basal ganglia causes major motor diseases like Parkinson's and Huntington's, highlighting their importance in motor function.
Q4: What are the main research questions in motor control studies?
Scientists investigate how sensory perceptions influence movements, including effects of visual illusions and different perspectives on voluntary and involuntary motions. They study balance, coordination, and dexterity while pinpointing pathological events in movement disorders. Motor skill acquisition is also examined, focusing on the time and feedback required to learn skills and how permanent learned skills become. These questions help develop better treatments for motor disorders.
Q5: How do researchers assess motor behavior in rodent models?
Rodents undergo various behavioral tests to evaluate motor function. Basic locomotor function is assessed using treadmill exercises or open-field activities. Balance and coordination are tested with balance beam and rotarod setups. Motor learning is investigated through reaching tasks for food rewards, while food handling tasks assess forelimb dexterity. These tests can be combined with interventions like drug administration or surgery to link motor activities to specific neurological bases.
Q6: What imaging and electrical techniques measure neural activity during motor tasks?
Live-cell imaging, electroencephalography (EEG), and electromyography (EMG) measure neuronal and muscle activities while subjects perform motor tasks. EEG records brain electrical activity, while EMG captures muscle electrical signals. These techniques can be combined with behavioral tests and interventions to observe neurological changes during movement. Multi-modal data collection using EEG, EMG, and motion-capture protocols provides a comprehensive picture of motor control mechanisms.
Q7: How do spinal cord injuries affect motor behavior in animal models?
Researchers induce cervical spinal cord injuries in rats and test effects on limb-use during locomotion and food handling tasks. These experiments help scientists understand the role of specific neural circuits in limb motor activity. By combining behavioral tests with surgically induced injuries, researchers can establish direct links between particular neural lesions and resulting motor deficits, advancing understanding of motor control mechanisms.
Hoofdstukken in deze video
0:00
Overview
0:59
Neural Correlates of Motor Control
3:46
Key Questions
5:09
Prominent Methods
6:36
Applications
8:15
Summary