ระบบสั่งการเคลื่อนไหวและการควบคุมการเคลื่อนไหว

ระบบสั่งการเคลื่อนไหววางแผน เลือก และดำเนินการเคลื่อนไหว โดยเปลี่ยนเป้าหมายให้เป็นรูปแบบการทำงานของกล้ามเนื้อที่ประสานกัน ระบบนี้ครอบคลุมคอร์เทกซ์สั่งการและวิถีประสาทขาลง, ปมประสาทฐานและสมองน้อยที่ปรับแต่งและทำให้การเคลื่อนไหวละเอียดขึ้น, และก้านสมองและวงจรไขสันหลังที่ขับเคลื่อนเซลล์ประสาทสั่งการในท้ายที่สุด

Definition

ระบบสั่งการเคลื่อนไหวประกอบด้วยโครงสร้างของคอร์เทกซ์, ใต้คอร์เทกซ์, ก้านสมอง, และไขสันหลัง ที่ทำงานร่วมกันในการวางแผน, เริ่มต้น, ประสานงาน, และดำเนินการเคลื่อนไหวโดยสมัครใจและรีเฟล็กซ์ รวมถึงคอร์เทกซ์สั่งการปฐมภูมิ, พื้นที่พรีมอเตอร์และซัปพลีเมนทารีมอเตอร์, ปมประสาทฐาน, สมองน้อย, วิถีประสาทขาลง, และวงจรสั่งการไขสันหลัง

Scope

บทความนี้ครอบคลุมการจัดระเบียบแบบลำดับชั้นและแบบคู่ขนานของการควบคุมการเคลื่อนไหว: พื้นที่สั่งการของคอร์เทกซ์และวิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัล, บทบาทของปมประสาทฐานและสมองน้อยในการเลือกและการประสานงาน, และการเข้ารหัสการเคลื่อนไหวแบบประชากร บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการอ้างอิงและให้ความรู้ และไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือรักษาความผิดปกติของการเคลื่อนไหว

Core questions

• ร่างกายถูกแสดงในคอร์เทกซ์สั่งการอย่างไร และการแสดงออกนั้นมีการจัดระเบียบอย่างไร?
• ประชากรของเซลล์ประสาทคอร์เทกซ์เข้ารหัสทิศทางและพารามิเตอร์ของการเคลื่อนไหวอย่างไร?
• ปมประสาทฐานและสมองน้อยมีส่วนช่วยในการเลือกและประสานงานการเคลื่อนไหวอย่างไร?

Key concepts

• Motor homunculus และ somatotopy
• วิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัล (pyramidal)
• การเข้ารหัสทิศทางการเคลื่อนไหวด้วยเวกเตอร์ประชากร
• วงจรคอร์ติโค-ปมประสาทฐาน-ทาลามัส-คอร์เทกซ์
• การประสานงานและการแก้ไขข้อผิดพลาดของสมองน้อย
• เซลล์ประสาทสั่งการส่วนบนและส่วนล่าง

Mechanisms

การเคลื่อนไหวโดยสมัครใจมีการจัดระเบียบแบบลำดับชั้นและแบบคู่ขนาน การกระตุ้นระหว่างการผ่าตัดของ Penfield และ Boldrey ได้แสดงแผนที่การแสดงออกของร่างกายในคอร์เทกซ์สั่งการ (motor homunculus) ทั่วรอยนูนพรีเซนทรัล ภายในคอร์เทกซ์สั่งการ ทิศทางการเคลื่อนไหวไม่ได้ถูกเข้ารหัสโดยเซลล์เดี่ยวๆ เท่านั้น แต่โดยประชากรของเซลล์ประสาทที่มีการปรับจูนอย่างกว้างขวาง ดังที่ Georgopoulos และคณะได้แสดงให้เห็นด้วยกรอบแนวคิดเวกเตอร์ประชากร ปมประสาทฐานทำงานผ่านวงจรคู่ขนานที่แยกส่วนกันบางส่วน ซึ่งมีส่วนช่วยในการเลือกการกระทำและการปรับขนาดของการเคลื่อนไหว ดังที่ Alexander และคณะได้อธิบายไว้ ในขณะที่สมองน้อยสนับสนุนการประสานงาน, การกำหนดเวลา, และการปรับแก้ตามข้อผิดพลาด และยังมีส่วนร่วมในหน้าที่ที่ไม่ใช่การเคลื่อนไหว วิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัลและก้านสมองขาลงนำคำสั่งเหล่านี้ไปยังเซลล์ประสาทสั่งการไขสันหลังที่กระตุ้นกล้ามเนื้อ

Clinical relevance

ความเสียหายในระดับต่างๆ ของระบบสั่งการเคลื่อนไหวทำให้เกิดภาพทางคลินิกที่แตกต่างกัน ตั้งแต่รอยโรคในคอร์เทกซ์และคอร์ติโคสไปนัล ไปจนถึงกลุ่มอาการเฉพาะของโรคปมประสาทฐานและสมองน้อย ทำให้การจัดระเบียบนี้เป็นพื้นฐานสำคัญของประสาทวิทยาคลินิก บทความนี้อธิบายสถาปัตยกรรมสั่งการปกติเพื่อการอ้างอิงทางการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือจัดการความผิดปกติของการเคลื่อนไหวใดๆ

Evidence & guidelines

ความรู้เกี่ยวกับการควบคุมการเคลื่อนไหวได้มาจากแผนที่การกระตุ้นคอร์เทกซ์, การบันทึกเซลล์เดี่ยวและประชากรเซลล์, การศึกษาบาดแผลและการติดตามวิถีประสาท, และการสร้างภาพทางระบบประสาทในมนุษย์ แผนที่ somatotopic มาจากการศึกษาการกระตุ้นของ Penfield และ Boldrey และการอธิบายการเข้ารหัสแบบประชากรมาจาก Georgopoulos และคณะ; สถาปัตยกรรมวงจรของปมประสาทฐานสรุปโดย Alexander และคณะ การรักษาอ้างอิงมาตรฐานปรากฏในตำราประสาทวิทยาที่ครอบคลุม

History

การระบุตำแหน่งของหน้าที่สั่งการมีความก้าวหน้าผ่านการทดลองการกระตุ้นและรอยโรคในศตวรรษที่สิบเก้า และถูกทำแผนที่ในมนุษย์โดยงานระหว่างการผ่าตัดของ Penfield และ Boldrey ในทศวรรษ 1930 การบันทึกเซลล์เดี่ยวในช่วงกลางและปลายศตวรรษที่ยี่สิบเปิดเผยว่าประชากรคอร์เทกซ์เข้ารหัสการเคลื่อนไหวอย่างไร และแบบจำลองวงจรคู่ขนานของปมประสาทฐานได้ปรับกรอบการมีส่วนร่วมของโครงสร้างใต้คอร์เทกซ์ในการเลือกการเคลื่อนไหว โดยงานต่อมาได้ขยายบทบาทของสมองน้อยนอกเหนือจากการประสานงานการเคลื่อนไหวอย่างเดียว

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Motor homunculus คืออะไร?

Motor homunculus คือแผนที่ somatotopic ของร่างกายทั่วคอร์เทกซ์สั่งการปฐมภูมิ ซึ่งส่วนต่างๆ ของร่างกายที่อยู่ติดกันจะถูกแสดงในบริเวณคอร์เทกซ์ที่อยู่ติดกัน และส่วนที่ต้องการการควบคุมที่ละเอียดอ่อนจะครอบครองพื้นที่ขนาดใหญ่เกินสัดส่วน; แผนที่นี้ถูกจัดทำโดย Penfield และ Boldrey

คอร์เทกซ์สั่งการเข้ารหัสทิศทางของการเคลื่อนไหวอย่างไร?

เซลล์ประสาทคอร์เทกซ์สั่งการแต่ละเซลล์มีการปรับจูนอย่างกว้างขวางต่อทิศทางการเคลื่อนไหว และทิศทางของการเคลื่อนไหวจริงสามารถทำนายได้ดีกว่าโดยกิจกรรมรวมของประชากรเซลล์ประสาทมากกว่าเซลล์เดี่ยวๆ ซึ่งเป็นแนวคิดเวกเตอร์ประชากรที่นำเสนอโดย Georgopoulos และคณะ