文摘
当你写在黑板上,您可以使用更大的运动比当你写在笔记本上。然而,大的字母写在黑板上就会出现非常类似于小的字母写在笔记本上。你的大脑是如何产生这些不同的编写运动?它使用一组命令为笔记本电脑和黑板或多个命令吗?在本文中,我们将介绍一个实验中,我们测量大脑激活的人写信时不同的大小和讨论我们可以从这个实验了解大脑的命令生成这些动作。
人类有一个了不起的一系列动作。我们走路、跳舞、写类型,说话,玩不同的运动,没有过多的思考我们如何行动。我们也可以使用大型或小型活动执行相同的操作,比如当小或大的步骤,并使用缓慢或快速动作,例如当输入短信当你在赶时间。但是,大脑如何控制这些不同的运动吗?
有关运动与大脑活动
即使是一个简单的运动,比如挥手告别,包括一连串的反应,穿过身体的多个部位。这些包括大脑、肌肉、骨骼和关节(两根骨头的地方满足)。生成一个运动,大脑发送信号通过神经肌肉的神经系统。肌肉收缩和与关节的骨头。最后,骨骼的运动导致身体的改变位置。图1显示了运动后的前臂和四种不同的测量我们用来研究运动:(1)的活性细胞在大脑中,(2)上臂的肌肉的活动导致前臂,(3)在肘关节角度连接上臂和前臂的骨骼,和(4)的位置的手在运动。检查这些措施以及它们如何改变在运动可以帮助我们理解大脑如何控制我们的行为。
- 图1 -生成运动包括一连串的反应,传播从大脑到多个身体部位。
- 这里,前臂的运动从a点到B点是从细胞的激活大脑(1)指导上臂的肌肉收缩(2),导致肘关节的角度变化(3),和改变手臂的位置在空间(4)。
写作能运动告诉我们关于大脑如何控制运动吗?
一个有趣的例子,可以给我们一个提示大脑如何产生不同的运动来自学习书法。科学家已经注意到,写在笔记本里,并写在黑板上并没有改变字母的形状,尽管我们使用写在黑板上的运动是更大的。通过测量手的位置如何变化在运动中,他们显示字母的形状几乎相同,不管这封信的大小(图2)。此外,手臂加速和减速时非常相似的方式写作运动(1,2]。这些相似之处观察不仅写大小不同的运动,也在编写使用不同的身体部位时,例如当使用脚拿着钢笔,甚至嘴巴!(1,3]。
- 图2 -在第一行中,您可以看到大小字母的例子(约两倍)写的三个参与者。
- 左边的刻度显示字母的大小。绿色的字母大字母,橙色的字母都是小写字母。在最后一行,我们扩大了小字母和吸引他们的大字母。注意字母的形状相似。几乎没有区别!
解释这些例子之一就是一种机制在大脑中负责运动的形状,而不同的机制负责整体运动的大小。换句话说,无论你写小字母或一个大字母,大脑的命令决定字母的形状相似,而大脑的命令确定字母的大小会有所不同(图3)。但是我们如何检查潜在的大脑活动吗?
- 图3——在编写相同的字母在不同大小、形状的信仍然类似。
- 一个解释可能是,大脑中有两种不同的机制,一个负责生成运动的形状,另一个负责运动的大小。
在写作活动在大脑中发生了什么?
检查认为大脑使用类似的命令来确定运动不管这封信的形状大小,我们进行了一项实验,在实验中测量大脑活动的参与者在他们写信不同大小的4]。参与者被要求写三个不同的信——“,”“s”和“n”——两个不同的尺寸。尽管参与者写的信我们扫描他们的大脑的磁共振成像(核磁共振成像)扫描仪(见图4一)。核磁共振成像扫描仪测量大脑活动使用电磁场和无线电波,给了我们一个测量在不同的大脑区域的活动。
- 图4
- 一个。实验的参与者躺在床上的核磁共振成像扫描仪在触摸屏和写作。B。大脑的一个例证。箭头指向两个特定的大脑区域,称为初级运动皮层和前壁内的沟。这两个区域显示出类似的激活当参与者写相同的字母不同的大小。
我们发现大脑的两个区域显示出类似的激活在写作运动不同的大小。一个地区,被称为前壁内的沟,是参与之间的协调运动规划和眼睛和手,就像当你在拿一杯水。第二个区域初级运动皮层,这被认为是一个最后的“加油站”,发送命令肌肉运动(图4 b)。这些大脑区域显示一个类似的激活当一个小“a”和“a”写,例如,告诉我们,这些大脑区域发送类似的运动命令身体当一个人写类似的形状有不同的大小。运动的大小呢?命令集的大小运动可能来自一个不同的大脑区域。然而,我们仍然不知道什么是这个区域,大脑信号的大小如何运动。
这些发现帮助我们理解大脑如何产生身体的整个范围的运动。例如,通过使用单独的命令生成一个运动的形状及其大小,我们不需要重新学习写字母“a”当我们方法黑板。虽然只有一小块的拼图,我们可以尝试使用这些发现在执行不同的动作。如果你使用你的整个手臂练习你的写作,或通过移动你的整个身体吗?你能在执行改善舞蹈移动如果你练习只使用小规模的运动你的身体?我们肯定需要更多的实验来回答这些问题,但我们鼓励你尝试和发现为自己!
术语表
核磁共振成像:↑磁共振成像(MRI)扫描看起来就像一个小的隧道,一个人躺在。扫描仪使用电磁场和大脑的电波拍照。这是一个非侵入性装置,这意味着它可以让我们了解大脑不进去,就像x射线能给我们骨骼的照片。方法我们使用大脑扫描来检测大脑活动叫做fMRI-functional磁共振成像。这种方法允许我们检测血液流向大脑中活跃的地区。例如,当我们看电影时,在大脑区域参与视觉活跃和血液流动会增加这些地区。核磁共振成像扫描仪将给我们一个血流量的测量,我们可以使用它来构建一个映射在大脑的活动。
前壁内的沟:↑一个大脑区域位于顶叶参与规划运动和手眼协调能力。
初级运动皮层:↑一个大脑区域位于额叶参与发送命令的肌肉运动。
利益冲突声明
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
原始的文章
↑Kadmon Harpaz, N。,Flash, T。,and Dinstein, I. 2014. Scale-invariant movement encoding in the human motor system.神经元81 (2):452 - 62。doi: 10.1016 / j.neuron.2013.10.058
引用
[1]↑赖特,c, e . 1990。通用汽车计划——重新审视的效应独立写作。:Jeannerod M,编辑器。关注和性能十三。经营:Erlbaum。p . 294 - 320。
[2]↑范盖伦,g P。,and Teulings, H. L. 1983. The independent monitoring of form and scale factors in handwriting. Acta Psychol. 54:9–22. doi:10.1016/0001-6918(83)90020-3
[3]↑雷伯特,m . h . 1977。电机控制和学习状态空间模型的技术。众议员ai - tr - 439)。剑桥,麻州:麻省理工学院人工智能实验室。
[4]↑Kadmon Harpaz, N。,Flash, T。,and Dinstein, I. 2014. Scale-invariant movement encoding in the human motor system. Neuron 81:452–62. doi:10.1016/j.neuron.2013.10.058