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# Biologia # Neurociência

Como o Cérebro se Prepara para o Movimento

Pesquisas mostram como o cérebro controla os movimentos dos dedos.

Ian Greenhouse, C. G. Wadsley, T. Nguyen, C. Horton

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Os humanos são bons em usar os dedos pra fazer coisas no ambiente. Essa habilidade é apoiada por uma rede complexa no cérebro que ajuda a controlar os movimentos. Embora a gente saiba bastante sobre como o cérebro dá suporte ao movimento, não entendemos totalmente como ele passa de se preparar pra agir pra realmente executar a ação. Algumas teorias sugerem que o cérebro usa certas regras pra gerenciar os Sinais enviados pros Músculos. No entanto, a maior parte da pesquisa vem de estudar partes do cérebro que não lidam diretamente com o movimento. Isso levanta perguntas sobre se essas ideias se aplicam a como movemos nossos corpos.

Sinais do Cérebro e Movimento

Quando a gente se prepara pra realizar uma ação, certos sinais ajudam a guiar os músculos envolvidos. Uma ideia é que o cérebro usa um processo chamado inibição pra controlar quais sinais são enviados pros músculos. A inibição pode bloquear alguns sinais, permitindo que outros passem pros músculos e levem à ação desejada. No entanto, pesquisas com primatas mostram resultados mistos sobre como essa inibição funciona em relação ao movimento.

Os movimentos não são simples; envolvem vários aspectos diferentes, como velocidade e posição. Assim, os pesquisadores acreditam que diferentes processos no cérebro podem estar em ação em como nos preparamos pra mover e como realmente fazemos esses movimentos. Pra entender melhor esses processos, é preciso explorar teorias alternativas sobre como o cérebro se prepara pra movimento.

O Processo de Preparação de Ação

A maneira como nosso cérebro decide qual ação tomar e quando pode ser influenciada por processos similares que governam outras partes do cérebro. Esses processos moldam como os sinais se movem do cérebro pros músculos durante a preparação pras Ações. Um processo proposto é chamado de Modulação de Ganho, que é o ajuste da força dos sinais enviados.

A modulação de ganho ajuda a melhorar a capacidade do cérebro de focar nos sinais importantes enquanto ignora os menos relevantes. Outra ideia é a modulação aditiva, que envolve mudar a força desses sinais de maneira linear. Isso pode ajudar a estabilizar os neurônios envolvidos, reduzindo sua atividade quando não é necessário.

Existe a possibilidade de que tanto a modulação de ganho quanto a aditiva aconteçam juntas. Equilibrando esses dois processos, o cérebro pode melhorar o foco nas ações importantes enquanto suprime o ruído de sinais irrelevantes. Isso é semelhante a como processamos informações sensoriais e garante que nossas ações sejam claras e intencionais.

Estudando a Preparação de Ação

Pra investigar como o cérebro se prepara pra movimentos dos dedos, os pesquisadores conduziram um experimento com adultos saudáveis. O estudo tinha como objetivo medir os sinais enviados do cérebro pros músculos enquanto os participantes se preparavam pra agir. Eles usaram um método chamado estimulação magnética transcraniana (TMS), que ativa músculos específicos da mão. Os participantes foram solicitados a responder a diferentes sinais, e os pesquisadores mediram a força dos sinais enviados pelo cérebro em diferentes momentos.

Os participantes realizaram tarefas que exigiam que eles respondessem usando os dedos. As tarefas foram planejadas pra criar diferentes contextos: quando o dedo estava diretamente envolvido na ação, quando era uma opção possível mas não necessária, e quando não fazia parte da tarefa. Isso permitiu que os pesquisadores vissem como os sinais do cérebro pros músculos mudavam de acordo com o que era necessário em cada situação.

Resultados do Experimento

O estudo descobriu que a força dos sinais do cérebro pros músculos mudava de acordo com o contexto da tarefa. Quando o dedo era selecionado pra ação ou ainda era uma opção, os sinais ficavam mais fortes comparados a quando o dedo não era relevante. Isso mostra que o cérebro aumenta os sinais pros músculos que vão ser usados. Os achados sugerem que existem regras que aumentam sinais importantes enquanto suprimem os que não são necessários.

Além disso, a capacidade de modular esses sinais estava ligada à rapidez com que os participantes conseguiam responder. Aqueles que mostraram um aumento maior nos sinais do cérebro pros músculos relevantes tendiam a reagir mais rápido quando precisavam agir. Isso sugere uma conexão direta entre como o cérebro se prepara pra movimento e a eficiência de agir sobre esses movimentos.

Interação Entre Diferentes Processos do Cérebro

Os resultados implicam que o cérebro utiliza diferentes processos simultaneamente, equilibrando a necessidade de aumentar ações relevantes enquanto reduz o ruído de sinais irrelevantes. Essa interação provavelmente depende de uma combinação de estruturas profundas do cérebro e do córtex trabalhando juntas. Pesquisas anteriores sugeriram que processos similares ocorrem em outras áreas do cérebro, como os sistemas visual e auditivo, indicando que esses métodos de ajuste de sinais podem ser um tema comum em diferentes funções.

Implicações Práticas

Entender como o cérebro modula sinais de movimento pode ter aplicações importantes. Os insights dessa pesquisa podem ser usados pra melhorar técnicas de reabilitação pra pessoas se recuperando de derrames ou outras condições que afetam o controle motor. Isso também pode guiar estratégias pra aumentar o desempenho atlético, personalizando métodos de treinamento que focam em melhorar a modulação dos sinais no cérebro.

Além disso, os achados podem informar pesquisas futuras voltadas a explorar funções cerebrais em populações clínicas, ajudando a identificar tratamentos potenciais pra distúrbios relacionados ao movimento. Ao desvendar os mecanismos por trás da preparação e execução de ações, a gente pode entender melhor como apoiar indivíduos enfrentando desafios nessas áreas.

Conclusão

Resumindo, a habilidade do cérebro humano de se preparar e executar movimentos depende de processos complexos que equilibram o aumento de sinais relevantes enquanto suprimem os irrelevantes. Os achados dessa pesquisa destacam a capacidade de modulação do cérebro, mostrando como ele se ajusta a diferentes situações. Estudos futuros poderiam aprimorar nossa compreensão desses mecanismos, revelando aplicações potenciais pra melhorar o controle motor em várias populações.

Ao ampliar nosso conhecimento sobre como o cérebro se prepara pra ações, podemos obter insights valiosos que podem levar a intervenções e estratégias de treinamento eficazes, tanto em ambientes clínicos quanto atléticos, melhorando nossa compreensão do movimento humano.

Fonte original

Título: Goal-directed action preparation in humans entails a mixture of corticospinal neural computations

Resumo: The seemingly effortless ability of humans to transition from thinking about actions to initiating them relies on sculpting corticospinal output from primary motor cortex. This study tested whether canonical additive and multiplicative neural computations, well-described in sensory systems, generalize to the corticospinal pathway during human action preparation. We used non-invasive brain stimulation to measure corticospinal input-output across varying action preparation contexts during instructed-delay finger response tasks. Goal-directed action preparation was marked by increased multiplicative gain of corticospinal projections to task-relevant muscles and additive suppression of corticospinal projections to non-selected and task-irrelevant muscles. Individuals who modulated corticospinal gain to a greater extent were faster to initiate prepared responses. Our findings provide physiological evidence of combined additive suppression and gain modulation in the human motor system. We propose these computations support action preparation by enhancing the contrast between selected motor representations and surrounding background activity to facilitate response selection and execution. Abstract figure O_FIG O_LINKSMALLFIG WIDTH=200 HEIGHT=106 SRC="FIGDIR/small/602530v3_ufig1.gif" ALT="Figure 1"> View larger version (24K): org.highwire.dtl.DTLVardef@16a3b91org.highwire.dtl.DTLVardef@16cdc80org.highwire.dtl.DTLVardef@8d92org.highwire.dtl.DTLVardef@4ea29c_HPS_FORMAT_FIGEXP M_FIG Abstract figure legend. Goal-directed action preparation shapes corticospinal output across selected, nonselected, and task-irrelevant motor representations. This study examined whether additive and multiplicative neural computations, common in sensory systems, occur within the corticospinal pathway during action preparation. We probed corticospinal input-output during the performance of various instructed-delay response tasks by applying a range of transcranial magnetic stimulation (TMS) intensities (input) over the primary motor cortex and measuring the resultant motor-evoked potentials (output) from the hand. We found that goal-directed action preparation increases corticospinal gain multiplicatively in task-relevant motor representations while additively suppressing nonselected and irrelevant representations. Greater gain modulation predicted faster responses, highlighting how these computations can enhance signal-to-noise (SNR) to enable efficient action selection and execution in the human motor system. C_FIG Key pointsO_LINeural computations determine what information is transmitted through brain circuits. C_LIO_LIWe investigated whether the motor system uses computations similar to those observed in sensory systems by noninvasively stimulating the corticospinal pathway in humans during goal-directed action preparation. C_LIO_LIWe discovered physiological evidence that corticospinal projections to behaviorally relevant muscles exhibit nonlinear gain computations, while projections to behaviorally irrelevant muscles exhibit linear suppression. C_LIO_LIOur findings suggest that certain computational principles generalize to the human motor system and serve to enhance the contrast between relevant and background neural activity. C_LIO_LIThese results indicate that neural computations during goal-directed action preparation may support motor control by increasing signal-to-noise within the corticospinal pathway. C_LI

Autores: Ian Greenhouse, C. G. Wadsley, T. Nguyen, C. Horton

Última atualização: Dec 20, 2024

Idioma: English

Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.08.602530

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.08.602530.full.pdf

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

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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