Кодування м'язової активності моторною корою
З Вікіпедії, безкоштовно encyclopedia
Рух кінцівок та ін. частин тіла керується скороченням м’язів, які в свою чергу керуються нейронними командами. М’язи генерують силу та крутні моменти, які приводять кінцівки до руху.
На відміну від приводів, які спричиняють рух кінцівки роботів, м’язи не є точними генераторами сили, оскільки, через притаманні їм в'язкопружні властивості, генерована м’язами сила залежить не тільки від моторної команди, але й від довжини м’яза та швидкості його скорочення.[1] Крутні моменти, які генеруються м’язами довкола суглобу у відповідь на нейронну команду, також залежать від довжини м'язів, кута суглобу, геометрії кінцівки, внутрішніх в'язкопружніх властивостей та прикладених навантажень.[2]
Оскільки сегменти тіла поєднані в суглобах, то рух одного сегменту діє на рухи інших сегментів тіла. Тому скорочення кожного одиничного м’яза приводить до прискорення не тільки тих сегментів, в яких він знаходиться, але також і віддалених сегментів через динамічні взаємодії («взаємодіючі крутні моменти») між сегментами, які в свою чергу залежать від кутів суглобів та кутових швидкостей. Тож моторна система повинна компенсувати ці динамічні взаємодії між суглобами, формуючи такі моторні команди для активації м’язів, які б брали складну динаміку кінцівки до уваги.[3]
Для центральної нервової системи складність у визначенні точного рівня активації кожного м’яза полягає в тому, що існує значно більше м'язів, які діють на суглоб, аніж ступенів свободи руху суглобу (напр., у випадку з плечем, існує 25 м'язів для керування 3 обертальними осями руху). Це породжує проблему надлишковості – ефективний крутний момент в суглобі може бути генерований багатьма різними формами активації м'язів.[4]
Навіть прості рухи руки генеруються складними формами м’язової активності. До прикладу, протягом згинання зап’ястя, деякі м’язи функціонують, як агоністи, щоб генерувати силу в напрямку згинання. Інші м’язи функціонують як фіксатори, щоб запобігти руху суглоба в ліктьовому чи променевому напрямку, і зовсім інші м’язи діють як антагоністи, гальмуючи рух та допомагаючи контролювати швидкість.[5] Тому навіть в найпростіших рухах головною проблемою, яка постає перед моторною системою, є не тільки точно і вчасно керувати скороченням м'яза-агоніста, головного рухаюючого м’яза, але також керувати скороченнями м'язів антагоністів та фіксаторів, які супроводжують активність агоніста.
Більшість кортикальних сигналів до м’язів надходять із первинної моторної кори (М1) через пірамідний шлях. Експериментальні дослідження впливу нейронів М1 на м’язову активність виявили, що низхідні моторні команди іннервують не одиничні м'язи, а групу м'язів. Втім, виявлення зв’язку між розрядами одиничних М1 нейронів та активацією скорочення даної групи м’язів залишається до сьогодні технічно складним завданням. Це пояснює також те, чому значно менше досліджень присвячено вивченню нейронних кореляцій м’язової активності, аніж іншим моторним параметрам.