Simple Science

最先端の科学をわかりやすく解説

# 生物学 # 神経科学

クッキーのために脳がどう動くか

クッキーに手を伸ばす時のすごい脳の働きを発見しよう。

Gunnar Blohm, Douglas O. Cheyne, J. Douglas Crawford

― 1 分で読む


脳のクッキーグラブ 脳のクッキーグラブ 簡単な動きで脳のメカニズムを探ろう。
目次

テーブルのクッキーに手を伸ばすと、脳が高速計算をしてるんだ。視覚情報を取り込み、腕をどう動かすか決めて、筋肉に信号を送って仕事をこなす。でも、脳がどうやって見たものを筋肉の正確な動きに変えてるのか、そこが謎なんだよね!

動きのプロセス

感覚入力

まず、感覚入力について話そう。これは、あの美味しそうなクッキーを見つけるときに脳が目から受け取る情報だ。脳はクッキーが体に対してどこにあるかのメンタルイメージを作り出す。これが全プロセスのスタート地点だよ。

信号の変換

脳がクッキーの位置を把握したら、次は手をそこにどうやって持っていくかを考えなきゃいけない。これには、視覚信号を筋肉が理解できる指令に変換することが含まれる。友達に「クッキーを見つける道案内をして」って言うのに「クッキー」って言っちゃダメみたいな感じ。それが脳のやってることなんだ!

姿勢の重要性

姿勢がこのプロセスで重要な役割を果たすって知ったら驚くかも。腕の位置によって脳は計算を調整しなきゃいけないんだ。たとえば、手のひらが上や下を向いているかで、指を指すときの手首の動きが変わる。だから、ソファに座ってクッキーを取ろうとしたときと、キッチンカウンターに立っているときで、クッキーが届かない時は姿勢が原因かも!

腕の位置の影響

腕が特定の位置にあるとき、たとえば手のひらが下を向いてると、脳からの指令が手のひらが上を向いてるときとは違うかもしれない。つまり、脳はクッキーがどこにあるかだけじゃなくて、どうやってそれをつかむために腕をどこに配置する必要があるかも考えてるんだ。暗い部屋で電話を差し込もうとするみたいなもんで、正しい角度を探さなきゃいけないんだよね!

モーターコードの種類

脳が動きをどうコーディングするかって話をすると、一般的に2種類のコードがあるんだ:外因性コードと内因性コード。

外因性コード

外因性コーディングは外部環境に関すること。ターゲットに向かってボールを真っ直ぐ投げるように指示するみたいな感じ。脳はそのターゲットがどれくらい遠くてどの方向にあるかに焦点を合わせる。友達にそのボールを投げたいときは、距離や方向を考えて、腕の位置のことは忘れちゃうよね。

内因性コード

一方、内因性コーディングは筋肉そのものに関すること。自分の腕に「ねえ、この方向に動いて!」って言うみたいな感じ。これは、筋肉や関節の実際の動きについてで、クッキーまでの距離よりも、指でそれを掴む方法に重点を置いてるんだ。

行動する脳

関与する脳の領域

計算にはいくつかの脳の領域が関与している。感覚入力を処理するための領域もあれば、動きを管理するための領域もある。これらはオーケストラのように一緒に働いていて、それぞれが動きの交響曲で自分の役割を果たしているんだ。

証拠を探す

科学者たちは、さまざまなタスクを行う人々を観察して、脳がどうやってできているのかを探求してる。実験では、大きな磁石の中に横たわりながら画面上の異なるオブジェクトを指さすことがある(これがMEGって呼ばれるやつね)。このセッティングは、異なる動作中にどの脳の領域が活性化するかを追跡するのに役立つんだ。

研究からの発見

姿勢が重要

研究者たちは、姿勢が脳の動きのコーディングに大きな影響を与えることを発見した。異なる腕の位置は、動きを計画するときの脳の活動を変えることがある。だから、高い棚からクッキーを取ろうとしてつま先立ちしているときの脳の働きは、ただ座っているときとはユニークなわけだ。

脳の活動のタイミング

もう一つの興味深い発見は、脳が外因性コードよりも内因性コードを先に活性化すること。つまり、脳はクッキーまでの距離を考える前に、まず筋肉をどう動かすか決めるってことだ。クッキーが空中を飛んでくるのを見なくても、それをキャッチするために手を準備してるようなもんだよ!

私たちにとっての意味

日常の動き

脳が動きをどう処理するかを理解することで、日常のタスクに役立つことがあるよ。姿勢が動きにどう影響するかを知ってれば、クッキーに手を伸ばすのもボールを投げるのも、もっと簡単になるかもしれない!

回復への影響

この知識はリハビリにも重要だよ。怪我から回復している人は、自分の動きをどう適応させるかを理解することで助けになる。セラピストは、動きの計画や実行を改善するためのエクササイズをカスタマイズできるから、患者が自分の体の位置が回復にどう影響しているかを意識できるようにするんだ。

結論

だから、次にクッキーに手を伸ばすときは、脳が裏でたくさんの仕事をしているってことを思い出してね。視覚情報を処理し、腕の姿勢を考え、それを完璧な筋肉の指令に変換してる。しかも、それがミリ秒の間に起こるんだ!お菓子を取るのがこんなに複雑だなんて、誰が思っただろう?

この知識を持っていれば、次にその美味しいおやつを伸ばすとき、少し優雅に感じるかもしれないよ。もちろん、後でそれを楽しむのを忘れないでね!

オリジナルソース

タイトル: MEG signals reveal arm posture coding and intrinsic movement plans in parietofrontal cortex

概要: Movement planning processes must account for body posture to accurately convert sensory signals into movement plans. While movement plans can be computed relative to the world (extrinsic), intrinsic muscle commands tuned for current limb posture are ultimately needed to execute spatially accurate movements. The whole-brain topology and dynamics of this process are largely unknown. Here, we use high spatiotemporal resolution magnetoencephalography (MEG) in humans combined with a Pro-/Anti-wrist pointing task with 2 opposing forearm postures to investigate this question. First, we computed cortical source activity in 16 previously identified bilateral cortical areas (Alikhanian, et al., Frontiers in Neuroscience 2013). We then contrasted oscillatory activity related to opposing wrist postures to find posture coding and test when and where extrinsic and intrinsic motor codes occurred. We found a distinct pair of overlapping networks coding for posture (predominantly in {gamma} band) vs. posture-specific movement plans ( and {beta}). Some areas (e.g., pIPS) only showed extrinsic motor coding, and others (e.g., AG) only showed intrinsic coding, but the majority showed both types of codes. In the latter case, intrinsic codes appeared slightly before extrinsic codes and persisted in parallel across different cortical areas. These findings are consistent with two cortical networks for 1) direct feed-forward sensorimotor transformations to intrinsic muscle coordinates (for rapid control) and 2) computations of extrinsic spatial coordinates, possibly for use in higher-level aspects of visually-guided action, such as spatial updating and internal performance monitoring. Significance statement / author summaryIt is thought that the brain incorporates posture into extrinsic spatial codes to compute intrinsic (muscle-centered) motor commands, but the whole-brain temporal dynamics of this process is unknown. Here we employed human magneto-encephalography (MEG) to track this process across 16 bilateral cortical sites. We identified two, largely overlapping subnetworks for posture-dependent intrinsic codes, and extrinsic spatial coding. Surprisingly, the direct transformation from sensorimotor coordinates to intrinsic commands preceded the appearance of extrinsic codes, suggesting that extrinsic motor codes are derived from intrinsic codes for higher-level cognitive purposes.

著者: Gunnar Blohm, Douglas O. Cheyne, J. Douglas Crawford

最終更新: 2024-12-02 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.02.625906

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.02.625906.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

類似の記事

神経科学 マーモセットの鳴き声が脳のコミュニケーションへの役割を明らかにする方法

研究によると、マーモセットの声の行動は脳の発達によって影響を受けているんだって。

Gurueswar Nagarajan, Denis Matrov, Anna C. Pearson

― 1 分で読む

ニューラル・コンピューティングと進化コンピューティング スパイキングニューラルネットワークのトレーニングを革命的に変える

新しい方法が、エネルギー効率の良いスパイキングニューラルネットワークのトレーニングを簡単にしてくれるよ。

Ruyin Wan, Qian Zhang, George Em Karniadakis

― 1 分で読む

神経科学 ペプチドと痛み:新しい発見が考えを覆す

神経ペプチドに関する研究は、痛みの反応に関する研究で驚くべき結果を示しています。

Donald Iain MacDonald, Monessha Jayabalan, Jonathan Seaman

― 1 分で読む