مغز شما از حساب دیفرانسیل و انتگرال برای کنترل حرکات سریع استفاده می کند

یک موش است دویدن روی تردمیل تعبیه شده در یک راهرو واقعیت مجازی. در چشم ذهنش، خود را در حال دویدن در تونلی با الگوی مشخصی از نورهای جلو می بیند. از طریق آموزش، موش آموخته است که اگر در کنار چراغ ها متوقف شود و در آن موقعیت به مدت 1.5 ث،ه بماند، یک جایزه دریافت می کند – یک نوشیدنی کوچک آب. سپس می تواند با عجله به یک مجموعه دیگر از چراغ ها برای دریافت پاداش دیگر.

این تنظیم اساس تحقیق است در ژوئیه منتشر شد که در گزارش های سلولی توسط دانشمندان علوم اعصاب الی آدام، تیلور جانز و مریگانکا سور از موسسه فناوری ماساچوست. این یک سوال ساده را بررسی می کند: چگونه مغز – در موش ها، انسان ها و سایر ،داران – آنقدر سریع کار می کند که ما را متوقف کند؟ کار جدید نشان می‌دهد که مغز برای انتقال یک فرمان تیز «توقف» به مستقیم‌ترین یا شهودی‌ترین روش سیم‌کشی نشده است. در عوض، از یک سیستم سیگنالینگ پیچیده‌تر بر اساس اصول حساب استفاده می‌کند. این ترتیب ممکن است بیش از حد پیچیده به نظر برسد، اما یک روش شگفت‌آور هوشمندانه برای کنترل رفتارهایی است که باید دقیق‌تر از دستورات مغز باشند.

کنترل بر روی مک،ک ساده راه رفتن یا دویدن به راحتی قابل توصیف است: ناحیه حرکتی مزانسفالیک (MLR) مغز سیگنال هایی را به نورون های نخاع می فرستد که تکانه های مهاری یا تحریکی را به نورون های حرکتی حاکم بر ماهیچه های پا ارسال می کند: توقف کنید. . برو متوقف ،. برو هر سیگنال سنبله ای از فعالیت الکتریکی است که توسط مجموعه نورون های شلیک می شود.

داستان پیچیده‌تر می‌شود، اما زم، که هدف‌ها معرفی می‌شوند، مانند زم، که یک تنیسور می‌خواهد به نقطه‌ای دقیق در زمین بدود یا موش تشنه‌ای که از دور به جایزه‌ای با طراوت نگاه می‌کند. زیست شناسان برای مدت طول، فهمیده اند که اه، در قشر مغز مغز شکل می گیرند. چگونه مغز یک هدف (آنجا دویدن را متوقف کنید تا جایزه بگیرید) را به یک سیگنال زمان بندی دقیق تبدیل می کند که به MLR می گوید ترمز را بزند؟

انسان ها و ،داران در مورد کنترل حسی حرکتی توانایی های فوق العاده ای دارند. سریدوی سارما، یک عصب شناس در دانشگاه جان هاپکینز. ده‌ها سال است که مردم در مورد مغز ما مطالعه می‌کنند که ما را بسیار چابک، سریع و قوی می‌کند.»

سریع و ،دارترین

برای درک پاسخ، محققان فعالیت عصبی در مغز موش را زیر نظر گرفتند و مدت زمان طول کشید تا حیوان از حدا،ر سرعت تا توقف کامل سرعت بگیرد. آنها انتظار داشتند که یک موج سیگنال بازدارنده به MLR را ببینند که باعث می شود پاها تقریباً فوراً متوقف شوند، مانند یک سوئیچ الکتریکی که یک لامپ را خاموش می کند.

اما یک اختلاف در داده ها به سرعت این نظریه را تضعیف کرد. آنها در حالی که سرعت موش کند شده بود، سیگنال “ایست” را مشاهده ،د که به داخل MLR جریان می یافت، اما شدت آن به اندازه کافی سریع نبود که توضیح دهد که حیوان چقدر سریع متوقف شد.

آدام گفت: “اگر فقط سیگنال های توقف را بگیرید و آنها را به MLR بدهید، حیوان متوقف می شود، اما ریاضیات به ما می گوید که توقف به اندازه کافی سریع نخواهد بود.”

سور گفت: «قشر سوئیچ ایجاد نمی کند. ما فکر می‌کردیم این کاری است که قشر مغز انجام می‌دهد، از 0 به 1 با یک سیگنال سریع برود. این کار را نمی کند، این معما است.»

بنابراین محققان می دانستند که باید یک سیستم سیگنالینگ اضافی در کار باشد.

برای یافتن آن، دوباره به آناتومی مغز موش نگاه ،د. بین قشر جایی که اه، منشا می‌گیرند و MLR که حرکت را کنترل می‌کند، ناحیه دیگری قرار دارد، هسته زیر تالاموس (STN). قبلاً مشخص بود که STN از طریق دو مسیر به MLR متصل می شود: یکی سیگنال های تحریکی و دیگری سیگنال های بازدارنده ارسال می کند. محققان دریافتند که MLR به جای تکیه بر قدرت هر یک به تعامل بین دو سیگنال پاسخ می دهد.