Требуется удивительно небольшая группа клеток мозга глубоко в мозжечке, чтобы научиться играть с теннисным мячом или выстраивать хоккейный удар. Исследователи из Университета Макгилла под руководством Кэтлин Каллен из отделения физиологии обнаружили, что для изучения новых двигательных навыков нейроны мозжечка выполняют элегантные, практически математические вычисления, чтобы быстро сравнить ожидаемую и фактическую сенсорную обратную связь. Затем они быстро адаптируются, изменяя силу связей между другими нейронами, чтобы сформировать новые паттерны в мозгу для выполнения поставленной задачи.
"В течение некоторого времени мы знали, что мозжечок – это часть мозга, которая принимает сенсорную информацию, а затем заставляет нас двигаться или реагировать соответствующим образом," говорит Каллен. "До сих пор мы не знали, что отдельные нейроны в нашем мозгу динамически отслеживают разницу между тем, что мозг ожидает восприятия от органов чувств, и информацией, которую он фактически получает во время моторного обучения. Наше исследование показывает, что эта рассчитанная разница (i.е., "ошибка сенсорного предсказания" signal) используется для быстрого изменения паттернов и связей между нейронами с целью изучения новых двигательных навыков."
Чтобы научиться новому двигательному навыку, мозг оценивает ожидаемый приток сенсорных сигналов, который он должен получить от вашей сенсорной системы, а мозжечок использует это предсказание для вычисления разницы между тем, что вы намеревались сделать, и тем, что вы сделали на самом деле. Элитные спортсмены не только лучше координируют свои движения, но и их мозг лучше умеет делать такие быстрые прогнозы и корректировки.
"Гимнаст, выполняющий сальто назад на бревне, зависит от этой способности точно вычислить несоответствие между тем местом, где они ожидают приземления, и тем, где они фактически окажутся, чтобы приземлиться прямо на бревно. Но исследование одинаково актуально как для пациентов с инсультом и рассеянным склерозом, так и для лечащих их врачей," говорит Каллен.
Исследование было выполнено путем проведения пробного анализа реакций мозговой активности отдельных нейронов мозжечка у макак, которые выполняли определенные задачи обучения движению.