Sensorisk-motorkoppling

Sensorisk-motorisk koppling är kopplingen eller integrationen av det sensoriska systemet och det motoriska systemet . Sensorimotorisk integration är inte en statisk process. För en given stimulans finns det inget enskilt motorkommando. "Neurala svar i nästan varje steg av en sensorimotorisk väg modifieras på korta och långa tidsskalor av biofysiska och synaptiska processer, återkommande och återkopplingskopplingar och inlärning , såväl som många andra interna och externa variabler".

Översikt

Integrationen av de sensoriska och motoriska systemen gör att ett djur kan ta sensorisk information och använda den för att göra användbara motoriska handlingar. Dessutom kan utsignaler från motorsystemet användas för att modifiera sensoriska systemets svar på framtida stimuli. För att vara användbar är det nödvändigt att sensorisk-motorisk integration är en flexibel process eftersom egenskaperna hos världen och oss själva förändras över tiden. Flexibel sensorimotorisk integration skulle ge ett djur möjligheten att korrigera för fel och vara användbar i flera situationer. För att skapa den önskade flexibiliteten är det troligt att nervsystemet använder sig av interna modeller och efferenskopior .

Förvandla sensoriska koordinater till motoriska koordinater

Före förflyttning används ett djurs nuvarande sensoriska tillstånd för att generera ett motorkommando. För att generera ett motorkommando jämförs först det aktuella sensoriska tillståndet med det önskade eller måltillståndet. Sedan omvandlar nervsystemet de sensoriska koordinaterna till det motoriska systemets koordinater, och det motoriska systemet genererar de nödvändiga kommandona för att flytta musklerna så att måltillståndet nås.

Eference kopia

En viktig aspekt av sensorimotorisk integration är efferenskopian. Efferenskopian är en kopia av ett motorkommando som används i interna modeller för att förutsäga vad det nya sensoriska tillståndet kommer att bli efter att motorkommandot har slutförts. Efferenskopian kan användas av nervsystemet för att särskilja självgenererade miljöförändringar, jämföra en förväntad reaktion med vad som faktiskt inträffar i miljön och för att öka hastigheten med vilken ett kommando kan utfärdas genom att förutsäga en organisms tillstånd innan det tas emot sensorisk input.

Intern modell

En intern modell är en teoretisk modell som används av ett nervsystem för att förutsäga de miljöförändringar som är resultatet av en motorisk handling. Antagandet är att nervsystemet har en inre representation av hur en motorisk apparat, den del av kroppen som ska förflyttas, beter sig i en miljö. Interna modeller kan klassificeras som antingen en framåtmodell eller en omvänd modell.

Framåt modell

Denna figur visar ett exempel på kombination av en framåtmodell och en inversmodell. Här är referensingången det sensoriska måltillståndet som styrenheten (omvänd modell) kommer att använda för att beräkna ett motorkommando. Anläggningen ( motorenheten ) utför motorkommandot vilket resulterar i ett nytt sensoriskt tillstånd. Detta nya sensoriska tillstånd kan jämföras med det tillstånd som förutspås av framåtmodellen för att erhålla en felsignal. Denna felsignal kan användas för att korrigera den interna modellen eller den aktuella rörelsen.

En framåtmodell är en modell som används av nervsystemet för att förutsäga det nya tillståndet hos motorapparaten och de sensoriska stimuli som är resultatet av en rörelse. Framåtmodellen tar efferenskopian som en ingång och matar ut de förväntade sensoriska förändringarna. Framåtmodeller erbjuder flera fördelar för en organism.

Fördelar:

  • Det uppskattade framtida tillståndet kan användas för att koordinera rörelser innan sensorisk feedback returneras.
  • Utdata från en framåtmodell kan användas för att skilja mellan egengenererade stimuli och icke-självgenererade stimuli.
  • Den uppskattade sensoriska feedbacken kan användas för att ändra ett djurs uppfattning relaterad till självgenererad rörelse.
  • Skillnaden mellan det förväntade sensoriska tillståndet och sensorisk feedback kan användas för att korrigera fel i rörelse och modell.

Omvänd modell

En omvänd modell beter sig motsatt av en framåtmodell. Inversa modeller används av nervsystem för att uppskatta antingen det motoriska kommandot som orsakade en förändring i sensorisk information eller för att bestämma det motoriska kommandot som kommer att nå måltillståndet.

Exempel

Stabilisering av blicken

Under flygning är det viktigt för en fluga att hålla en jämn blick; det är dock möjligt för en fluga att rotera. Rotationen detekteras visuellt som en rotation av miljön som kallas optiskt flöde . Insignalen från det optiska flödet omvandlas sedan till ett motorkommando till flugans halsmuskler så att flugan kommer att behålla en jämn blick. Denna reflex minskar hos en stillastående fluga jämfört med när den flyger eller går.

Sjungande syrsor

Manliga syrsor sjunger genom att gnugga ihop sina framvingar. Ljuden som produceras är tillräckligt höga för att minska crickets hörselsystems svar på andra ljud. Denna desensibilisering orsakas av hyperpolariseringen av Omega 1-neuronen (ON1), en auditiv interneuron , på grund av aktivering genom auditiv stimulering. För att minska självdesensibilisering skickar syrsan en central mönstergenerator för bröstkorgen en följdurladdning , en effektkopia som används för att hämma en organisms svar på självgenererade stimuli, till hörselsystemet. Följdurladdningen används för att hämma hörselsystemets svar på cricketens egen sång och förhindra desensibilisering. Denna hämning gör att cricketen kan förbli lyhörd för externa ljud som en konkurrerande mans sång.

Tal

Sensorimotorisk integration är involverad i utvecklingen , produktionen och uppfattningen av tal .

Talutveckling

Två nyckelelement i talutveckling är babblande och audition . Kopplingen av en motorisk handling till ett hört ljud tros vara inlärt. En anledning till detta är att döva spädbarn inte kanoniskt babblar. En annan är att ett spädbarns uppfattning är känt för att påverkas av hans babblande. En modell för talutveckling föreslår att de ljud som produceras av babblande jämförs med de ljud som produceras i det språk som används runt spädbarnet och att associeringen av ett motoriskt kommando till ett ljud lärs in.

Talproduktion

Audition spelar en avgörande roll i produktion och underhåll av tal. Till exempel blir personer som upplever dövhet hos vuxna mindre i stånd att producera korrekt tal. Denna nedgång beror på att de saknar auditiv feedback. Ett annat exempel är förvärv av ny accent till följd av att man bor i ett område med en annan accent. Dessa förändringar kan förklaras med hjälp av en framåtmodell.

I denna framåtmodell skickar den motoriska cortex ett motoriskt kommando till röstkanalen och en efferenskopia till den interna modellen av röstkanalen. Den interna modellen förutsäger vilka ljud som kommer att produceras. Denna förutsägelse används för att kontrollera att motorkommandot kommer att producera målljudet så att korrigeringar kan göras. Den interna modellens uppskattning jämförs också med det producerade ljudet för att generera en feluppskattning. Feluppskattningen används för att korrigera den interna modellen. Den uppdaterade interna modellen kommer sedan att användas för att generera framtida motorkommandon.

Taluppfattning

Sensorimotorisk integration är inte kritisk för uppfattningen av tal; dock utför den en modulerande funktion. Detta stöds av att personer som antingen har nedsatt talproduktion eller saknar talförmåga fortfarande är kapabla att uppfatta tal. Dessutom förändrades experiment där motoriska områden relaterade till tal stimulerades men hindrade inte uppfattningen av tal.

Patient RW

Patient RW var en man som fick skador i sina parietal- och occipitallober , områden i hjärnan relaterade till bearbetning av visuell information, på grund av en stroke . Som ett resultat av sin stroke upplevde han svindel när han försökte spåra ett rörligt föremål med ögonen. Vertigo orsakades av att hans hjärna tolkade världen som rörlig. Hos normala människor uppfattas inte världen som i rörelse när man spårar ett föremål trots att bilden av världen flyttas över näthinnan när ögat rör sig. Anledningen till detta är att hjärnan förutsäger världens rörelse över näthinnan som en konsekvens av att ögonen flyttas. RW kunde dock inte göra denna förutsägelse.

Störningar

Parkinsons

Patienter med Parkinsons sjukdom visar ofta symtom på bradykinesi och hypometri . Dessa patienter är mer beroende av externa signaler snarare än proprioception och kinestesi jämfört med andra människor. Faktum är att studier som använder yttre vibrationer för att skapa proprioceptiva rörelsefel visar att Parkinsonspatienter presterar bättre än friska människor. Patienter har också visat sig underskatta rörelsen av lem när den flyttades av forskare. Dessutom har studier på somatosensoriskt framkallade potentialer visat att de motoriska problemen sannolikt är relaterade till en oförmåga att korrekt bearbeta den sensoriska informationen och inte i genereringen av informationen.

Huntingtons

Huntingtons patienter har ofta problem med motorisk kontroll . I både kinolinmodeller och patienter har det visat sig att personer med Huntingtons har onormal sensorisk inmatning. Dessutom har patienter visat sig ha en minskning av hämningen av skrämselreflexen . Denna minskning indikerar ett problem med korrekt sensorimotorisk integration. "De olika problemen med att integrera sensorisk information förklarar varför patienter med HD inte kan kontrollera frivilliga rörelser exakt."

Dystoni

Dystoni är en annan motorisk störning som uppvisar sensomotoriska integrationsavvikelser. Det finns flera bevis som tyder på att fokal dystoni är relaterad till felaktig länkning eller bearbetning av afferent sensorisk information i de motoriska områdena i hjärnan. Till exempel kan dystoni delvis lindras genom att använda ett sensoriskt trick . Ett sensoriskt trick är appliceringen av en stimulans på ett område nära den plats som påverkas av dystoni som ger lindring. Positronemissionstomografistudier har visat att aktiviteten i både det kompletterande motoriska området och primärmotorisk cortex reduceras av det sensoriska tricket. Mer forskning är nödvändig om sensorimotorisk integrationsdysfunktion eftersom det relaterar till icke-fokal dystoni.

Restless leg syndrome

Restless leg syndrome (RLS) är en sensorimotorisk störning. Personer med RLS plågas av obehagskänslor och rörelselust i benen. Dessa symtom uppträder oftast i vila. Forskning har visat att den motoriska cortex har ökad excitabilitet hos RLS-patienter jämfört med friska personer. Somatosensoriskt framkallade potentialer från stimulering av både baknerven och mediannerven är normala. De normala SEP:erna indikerar att RLS är relaterad till onormal sensorimotorisk integration. År 2010, Vincenzo Rizzo et al. gav bevis för att RLS-drabbade har lägre än normalt kort latens afferent hämning (SAI), hämning av den motoriska cortexen genom afferenta sensoriska signaler. Minskningen av SAI indikerar förekomsten av onormal sensorisk-motorisk integration hos RLS-patienter.

Se även

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Sensory-motor_coupling&oldid=1129340225 "