Моторная система и управление движением

Моторная система планирует, выбирает и осуществляет движение, преобразуя цели в скоординированные паттерны мышечной активности. Она охватывает моторную кору и ее нисходящие пути, базальные ганглии и мозжечок, которые формируют и уточняют движение, а также стволовые и спинальные цепи, которые в конечном итоге управляют мотонейронами.

Definition

Моторная система включает корковые, подкорковые, стволовые и спинальные структуры, которые совместно планируют, инициируют, координируют и осуществляют произвольные и рефлекторные движения, включая первичную моторную кору, премоторные и дополнительные моторные области, базальные ганглии, мозжечок, нисходящие тракты и спинальные моторные цепи.

Scope

Эта статья охватывает иерархическую и параллельную организацию моторного контроля: корковые моторные области и кортикоспинальный тракт, роль базальных ганглиев и мозжечка в выборе и координации, а также популяционное кодирование движения. Она носит справочно-образовательный характер и не содержит рекомендаций по диагностике или лечению двигательных расстройств.

Core questions

• Как тело представлено в моторной коре и как организовано это представительство?
• Как популяции корковых нейронов кодируют направление и параметры движения?
• Как базальные ганглии и мозжечок способствуют выбору и координации движения?

Key concepts

• Моторный гомункулус и соматотопия
• Кортикоспинальный (пирамидный) тракт
• Популяционное векторное кодирование направления движения
• Кортико-базально-ганглионарно-таламокортикальные петли
• Мозжечковая координация и коррекция ошибок
• Верхние и нижние мотонейроны

Mechanisms

Произвольное движение организовано иерархически и параллельно. Интраоперационная стимуляция, проведенная Пенфилдом и Болдри, позволила картировать соматотопическое моторное представительство, моторный гомункулус, по всей прецентральной извилине. В моторной коре направление движения кодируется не отдельными клетками, а популяциями широко настроенных нейронов, как показали Георгопулос и его коллеги с помощью концепции популяционного вектора. Базальные ганглии функционируют через частично разделенные параллельные петли, которые способствуют выбору действия и масштабированию движения, как описано Александром и его коллегами, в то время как мозжечок поддерживает координацию, синхронизацию и коррекцию ошибок, а также участвует в немоторных функциях. Нисходящие кортикоспинальные и стволовые пути передают эти команды спинальным мотонейронам, которые активируют мышцы.

Clinical relevance

Повреждения на разных уровнях моторной системы приводят к различным клиническим картинам, от корковых и кортикоспинальных поражений до характерных синдромов заболеваний базальных ганглиев и мозжечка, что делает эту организацию фундаментальной для клинической неврологии. Статья описывает нормальную моторную архитектуру для образовательных целей и не является основанием для диагностики или лечения каких-либо двигательных расстройств.

Evidence & guidelines

Знания о моторном контроле получены из картирования корковой стимуляции, однонейронных и популяционных записей, исследований поражений и трассировки путей, а также нейровизуализации человека. Соматотопическая карта получена из исследований стимуляции Пенфилда и Болдри, а концепция популяционного кодирования — от Георгопулоса и его коллег; петлевая архитектура базальных ганглиев обобщена Александром и его коллегами. Стандартные справочные материалы представлены в комплексных учебниках по нейронаукам.

History

Локализация моторной функции развивалась благодаря экспериментам по стимуляции и поражению в девятнадцатом веке и была картирована у людей в ходе интраоперационной работы Пенфилда и Болдри в 1930-х годах. Однонейронные записи середины и конца двадцатого века показали, как корковые популяции кодируют движение, а модель параллельных петель базальных ганглиев переосмыслила подкорковые вклады в выбор движения, при этом более поздние работы расширили роль мозжечка за пределы чистой моторной координации.

Key figures

• Wilder Penfield
• Apostolos Georgopoulos
• Garrett Alexander
• Peter Strick

Seminal works

• penfield-boldrey-1937
• georgopoulos-1986
• alexander-1990

Frequently asked questions

Что такое моторный гомункулус?

Моторный гомункулус — это соматотопическая карта тела в первичной моторной коре, в которой смежные части тела представлены в смежных корковых областях, а части, требующие тонкого контроля, занимают непропорционально большие площади; он был картирован Пенфилдом и Болдри.

Как моторная кора кодирует направление движения?

Отдельные нейроны моторной коры широко настроены на направление движения, и направление фактического движения лучше предсказывается комбинированной активностью популяции нейронов, чем любой отдельной клеткой, — идея популяционного вектора, предложенная Георгопулосом и его коллегами.