Uma introdução ao controle motor

O controle do comportamento motor, ou como os pensamentos em nossos cérebros são traduzidos em ações de nossos corpos, é uma das perguntas mais importantes que podem ser feitas por cientistas comportamentais. É de fundamental interesse científico entender como nosso sistema nervoso pode perceber e integrar informações sensoriais e obter uma resposta através de nosso sistema musculoesquelético. Ao mesmo tempo, uma melhor compreensão do controle motor nos ajudará a construir melhores ferramentas para ajudar pacientes com distúrbios motores.

Neste vídeo, você aprenderá sobre a base neurobiológica do controle motor, as questões fundamentais do campo, algumas das técnicas experimentais importantes e algumas aplicações específicas dessas técnicas para estudar o comportamento motor.

Para começar, vamos dar uma olhada no que os cientistas sabem atualmente sobre a neurobiologia do controle motor.

Diferentes partes do nosso sistema nervoso parecem funcionar hierarquicamente para controlar o comportamento motor. No topo da hierarquia neuroanatomética está o córtex motor, consistindo da área motora pré-motor e primária. A seção coronal através do córtex motor revela que a área motora primária projeta "neurônios motores superiores" na medula espinhal para controlar os movimentos de diferentes partes. Neurônios que controlam partes específicas do corpo são localizados nas mesmas regiões dentro da área motora, de tal forma que um "mapa motor" do corpo pode ser aproximadamente identificado e representado na forma de um "homunculus cortical".

Anterior à área motora primária é a área pré-motora, que se propõe a estar envolvida no controle de movimentos complexos específicos da tarefa. Além de controlar diretamente o movimento, a área pré-motora também é sugerida para desempenhar um papel importante no planejamento e aprendizagem motora.

Duas outras áreas do cérebro podem desempenhar importantes papéis integrativos no controle motor: o cerebelo e o gânglio basal. O cerebelo usa informações de vários sistemas sensoriais para afinar aspectos da locomoção, como ritmo, marcha, equilíbrio e postura. Também foi sugerido desempenhar um papel no planejamento e aprendizagem motor. Acredita-se que o gânglio basal, rico em conexões com o córtex e outras partes do cérebro, esteja envolvido na seleção de um movimento de muitos para ser executado. Doenças motoras graves, como Parkinson e Huntington, foram atribuídas a lesões nos gânglios basais.

Mais abaixo na hierarquia motora está o tronco cerebral e a medula espinhal. Os neurônios motores superiores do córtex motor viajam para baixo como os tratos piramifecionais, que se conectam aos neurônios motores inferiores que controlam diretamente o movimento. Por outro lado, os tratos extrapiridais que recebem insumos de outras regiões cerebrais são os principais responsáveis pela modulação de aspectos do movimento, como equilíbrio, postura e coordenação.

Além de receber instruções dos níveis mais altos, os neurônios motores que saem da medula espinhal também são responsáveis pelo desempenho de reflexos involuntários da coluna vertebral, como o reflexo do empurrão do joelho, onde as informações sensoriais ditam diretamente a resposta motora.

Agora que revisamos as correlações neurais do controle motor, vamos dar uma olhada em algumas das principais questões no campo do comportamento motor.

Embora existam ideias ásperas sobre os papéis de várias regiões cerebrais no controle motor, os cientistas ainda estão tentando descobrir o que acontece com esses sistemas em distúrbios de movimento. As atividades motoras específicas que estão sendo investigadas incluem equilíbrio e coordenação, bem como destreza. Com ferramentas experimentais melhoradas, alguns cientistas estão tentando identificar a localização de eventos patológicos por trás desses distúrbios.

Outra questão importante no campo é: como nossas percepções sensoriais influenciam nossos movimentos? Por exemplo, os cientistas estão tentando entender como as ilusões visuais, ou alvos com diferentes perspectivas, podem afetar movimentos voluntários e involuntários. Eles também estão investigando como a postura é ajustada quando o sujeito é apresentado com diferentes pistas visuais e movimentos.

Finalmente, os cientistas também estão interessados em estudar como as habilidades motoras são adquiridas. Isso pode implicar tentar entender o tempo e o tipo de feedback necessário para aprender uma habilidade motora, e quão permanente é a habilidade aprendida.

Depois de revisar algumas das principais questões do campo, vamos olhar para as ferramentas experimentais que estão sendo usadas para responder a essas perguntas.

Roedores, como ratos e ratos, são comumente usados para realizar testes que avaliam o comportamento motor. Por exemplo, a função locomotor básica pode ser avaliada com exercícios de esteira ou atividades de campo aberto, enquanto ter roedores exercitando em configurações, como o feixe de equilíbrio e o rotarod, permite que o equilíbrio motor e a coordenação sejam testados.

Alternativamente, a aprendizagem motora pode ser investigada em roedores usando paradigmas que envolvem alcançar uma recompensa alimentar. As tarefas de manipulação de alimentos também são úteis para avaliar a destreza do animal. Esses testes comportamentais podem ser combinados com intervenções como administração de medicamentos ou cirurgia, a fim de vincular uma atividade motora especificamente a uma base neurológica específica.

Finalmente, observar as alterações neurológicas que ocorrem durante as atividades motoras, podem ser aplicadas técnicas de imagem e medição elétrica. Técnicas como imagem de células vivas, eletroencefalografia ou EEG, e eletromiografia ou EMG podem ser usadas para medir atividades neuronais e musculares enquanto o sujeito está realizando uma tarefa motora.

Tendo olhado para alguns métodos comuns usados na investigação do controle motor, vamos discutir algumas aplicações dessas técnicas.

Como mencionado, os testes comportamentais podem ser combinados com lesões cirurgicamente induzidas para estudar a ligação entre lesões neurais específicas e comportamento motor. Neste estudo, os pesquisadores induziram uma lesão em um lado da medula espinhal cervical em ratos e, em seguida, testaram os efeitos sobre o uso de membros dos animais em tarefas de locomoção e manipulação de alimentos. Esses experimentos ajudam os cientistas a entender o papel de circuitos neurais específicos na atividade motora dos membros.

Para estudar o papel que as informações sensoriais desempenham no controle motor, os pesquisadores podem realizar experimentos onde apresentam os sujeitos com pistas sensoriais específicas e observam seus efeitos sobre o movimento. Neste estudo, o participante foi colocado em um ambiente onde os visuais ao redor e a superfície de apoio foram programados para se mover ou balançar. A capacidade do sujeito de ajustar sua postura e manter o equilíbrio foi então avaliada.

Finalmente, alguns cientistas estão desenvolvendo protocolos onde múltiplos modos de coleta de dados são usados simultaneamente para obter uma imagem mais completa do controle motor. Neste estudo, os cientistas combinaram protocolos de EEG, EMG e captura de movimento, a fim de examinar a atividade neural em participantes que realizam tarefas motoras do mundo real.

Você acabou de ver o vídeo do JoVE sobre o controle do comportamento motor. Este vídeo revisou a compreensão neurobiológica atual do controle motor, questões-chave e métodos proeminentes do campo, bem como algumas aplicações dos métodos para estudar o comportamento motor. Como sempre, obrigado por assistir!