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Comment le cerveau se prépare à saisir des objets

Des recherches montrent comment le cerveau coordonne la prise avant et après le contact.

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Quand on tend la main vers un objet, notre main se prépare même avant de le toucher. Cette préparation est super importante pour attraper des objets sans les faire tomber. Notre Cerveau a des chemins spéciaux qui aident notre main à sentir sa position et à contrôler la force nécessaire pour tenir l'objet. Des chercheurs ont étudié comment différentes parties du cerveau collaborent quand on saisit des objets.

Le Rôle du Cerveau dans la Préhension

Avant de toucher un objet, notre cerveau utilise des infos sur la position de la main pour façonner notre prise. Différentes zones du cerveau jouent des rôles dans la façon dont on contrôle nos mouvements et perçoit l'objet qu'on s'apprête à Saisir. Par exemple, certaines zones du cerveau nous aident à savoir comment notre main est positionnée et comment ajuster notre prise en fonction de la taille et de la forme de l'objet.

Des recherches montrent que si certaines parties du cerveau sont endommagées, ça peut affecter notre capacité à attraper des objets. Le cerveau se prépare non seulement pour la prise, mais ajuste aussi après le contact, en sentant combien de force il faut appliquer pour tenir l'objet correctement. Pendant qu’on saisit, certains Signaux dans le cerveau indiquent comment on doit tenir l'objet et quelle force on applique.

Étudier la Préhension chez les Singes

Dans des études, des singes ont été entraînés à attraper divers objets pendant que les chercheurs surveillaient l'activité cérébrale impliquée dans cette tâche. Les singes ont subi de légères modifications pour s'assurer qu'ils puissent se concentrer sur la saisie sans trop bouger leurs bras. Les objets, présentés sous différentes formes et tailles, demandaient aux singes d'ajuster soigneusement leurs positions de main avant de faire contact.

Les chercheurs étaient impatients de voir comment le cerveau réagissait avant et après que les singes aient commencé à saisir les objets. Ils ont enregistré l'activité de différentes parties du cerveau et observé comment ces signaux changeaient pendant la tâche.

Observer les Changements Avant et Après le Contact

Les chercheurs ont découvert qu'en tendant la main vers un objet, différentes zones du cerveau montraient des niveaux d'activité variés. Avant le contact, une zone du cerveau atteignait un pic d'activité, indiquant la plus grande ouverture de la main. Cependant, après que la main ait touché l'objet, les signaux dans cette zone diminuaient, même si le singe appliquait de la force.

Une autre zone du cerveau, qui traite principalement le toucher, montrait très peu d'activité avant le contact. Mais après que la prise ait été établie, cette zone affichait une activité significative, suggérant qu'elle devenait cruciale pour comprendre comment interagir avec l'objet.

Comprendre Comment les Infos sont Traitées

L'étude a montré que les zones du cerveau impliquées dans la perception de la position traitaient aussi les propriétés des objets saisis. La façon dont notre cerveau combine les signaux de toucher et de position changeait pendant la tâche. Avant le contact, l'accent était surtout mis sur la façon dont la main était façonnée pour la prise. Après le contact, le cerveau devait ajuster pour inclure les informations sur la force appliquée à l'objet.

Les chercheurs ont découvert qu'en comparant les signaux cérébraux avant et après le contact, les motifs d'information ne correspondaient pas toujours aux niveaux d'activité globaux dans ces zones. Par exemple, une baisse d'activité dans certaines zones ne signifiait pas une baisse de l'information qu'elles portaient sur l'objet.

Ce que Chaque Zone du Cerveau Apporte

Chaque région du cerveau montrait des capacités différentes à transporter des informations sur l'objet saisi. Une zone était la plus informative avant le contact, tandis qu'une autre l'était davantage après. La zone responsable du traitement des signaux tactiles devenait importante après que l'objet ait été saisi, reflétant comment le cerveau utilise les informations tactiles pour aider à la manipulation.

Malgré le fait que certaines zones montraient une activité diminuée après le contact, elles maintenaient toujours une représentation de l'objet tout au long de la tâche. Cela suggère que même si le contrôle moteur descendait à des niveaux inférieurs du cerveau après une prise établie, le cortex conservait des informations pertinentes.

L'Importance des Signaux de Toucher

Les recherches ont aussi souligné combien les signaux de toucher sont cruciaux pour saisir des objets. Les signaux de la peau ont commencé à contribuer significativement à la compréhension de l'objet dès que le contact était établi. Différents Contacts pouvaient produire différents signaux, permettant au cerveau de différencier les objets selon la façon dont ils se sentaient.

Bien que les signaux prémouvements de certaines zones aient été informatifs, l'étude a montré que pendant la saisie réelle, l'information se combinait différemment. La position de la main et les informations de contact s'entremêlaient, compliquant la compréhension par le cerveau de l'objet.

Mener des Recherches avec des Singes Rhesus

Pour recueillir ces informations, des scientifiques ont travaillé avec deux mâles macaques rhésus. Ces singes ont été soigneusement surveillés, et des dispositifs spéciaux ont été utilisés pour collecter des données pendant qu'ils effectuaient leurs tâches de préhension. Tout au long du processus, les animaux ont reçu des soins pour garantir leur santé et leur bien-être.

Les singes ont été entraînés à atteindre et à saisir divers objets. Un bras robotisé présentait ces objets, et les singes devaient appliquer la bonne quantité de force de prise. En surveillant leurs signaux cérébraux, les chercheurs pouvaient mieux comprendre comment le cerveau ajuste ses réponses pendant l'action de saisir.

Analyser les Signaux Cérébraux Pendant les Tâches

Au cours des essais, les chercheurs ont suivi comment le cerveau des singes réagissait dès avant qu'ils ne commencent à tendre la main vers un objet jusqu'au moment où ils faisaient contact. Ils ont cherché des changements dans l'activité cérébrale et examiné comment différentes zones du cerveau communiquaient les informations nécessaires.

Alors que les singes atteignaient un objet, les réseaux dans leur cerveau associaient les informations sensorielles au contrôle moteur. Cette analyse a permis aux chercheurs de voir comment différentes parties du cerveau contribuaient à l'information sur l'objet saisi.

Résultats de la Recherche

Les résultats ont montré que le cerveau gère les tâches de préhension à travers une interaction complexe de diverses régions. Après avoir touché un objet, la gestion de l'information sur l'objet par le cerveau changeait, indiquant que les interactions entre la main et l'objet apportent de nouvelles informations sensorielles. Ces interactions révèlent l'importance des signaux proprioceptifs (comment on sent notre position) et des signaux tactiles (comment on sent le toucher).

Certaines zones du cerveau étaient de forts contributeurs à la compréhension de la façon dont l'objet pouvait être manipulé, mais cela changeait lorsqu'on faisait contact. Les résultats mettent en évidence la nature polyvalente du traitement sensoriel, montrant comment notre cerveau s'ajuste quand on interagit avec des objets dans notre environnement.

Conclusion

En résumé, le cerveau est incroyablement coordonné quand il s'agit de saisir des objets. Différentes zones travaillent pour préparer notre main avant le contact et ajustent ensuite pour maintenir une prise efficace. Cette étude montre comment notre compréhension de l'atteinte et de la préhension peut être approfondie en examinant les interactions dynamiques entre le cerveau et la main. À mesure qu'on en apprend plus sur le fonctionnement de ces processus, ça peut aider à mieux comprendre la dextérité manuelle et comment on interagit avec le monde qui nous entoure.

Source originale

Titre: Changes in cortical grasp-related activity before and after object contact

Résumé: AO_SCPLOWBSTRACTC_SCPLOWGrasping, a seemingly simple manual behavior, requires the coordinated control of dozens of joints, guided by sensory signals from muscles, tendons, and skin. As the motor cortex controls finger movement and exerted forces, the somatosensory cortex must process the barrage of proprioceptive and tactile signals that convey details about the objects shape, its local features (e.g., edges and curvature), and forces applied to it. In the present study, we aimed to understand the transformation in these sensorimotor signals at the time of contact with an object. We analyzed object-specific signals in the primary motor cortex (M1) and Brodmanns areas 3a, 1, and 2 of the somatosensory cortex of macaque monkeys. We found object information distributed throughout sensorimotor cortex, some of which was independent of contact, while most was dramatically altered by it. While all areas conveyed object information after contact, those carrying postural representations (M1, area 3a) were also informative before contact, during the hand pre-shaping epoch. Although their mappings retained some similarity between epochs, decoders built on the pre-contact epoch did not perform well on the post-contact epoch, suggesting intermixing between postural and force-related signals. After contact, individual neurons in M1 retained some information about the object, but the populational encoding of object identity weakened, reflecting perhaps, the delegation of control to subcortical structures. Unexpectedly, although it was active, area 2 was uninformative about the object before contact, despite its proprioceptive inputs. However, after contact, area 2 emerged as the most informative region of any epoch, likely reflecting its convergent proprioceptive and cutaneous input, and supporting its proposed role in haptic object perception. These results underscore the diverse activity within the sensorimotor cortex during grasping, highlighting the intricate neural processes involved in this fundamental behavior.

Auteurs: Anton R Sobinov, Y. Yan, J. M. Goodman, E. V. Okorokova, L. E. Miller, S. J. Bensmaia

Dernière mise à jour: 2024-10-12 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.11.617909

Source PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.11.617909.full.pdf

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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