Ваши глаза – это окно во внутренние дела вашего мозга

Мозжечок в красном.

Источник: База данных по естественным наукам / Wikimedia Commons

Каждое утро я просыпаюсь, надеясь, что будут новости, которые помогут нам лучше понять внутреннюю работу мозжечка (латынь для «маленького мозга»). Мозжечок в основном известен своей ролью во всех типах сенсомоторной координации и созданием подвижности движения. Сегодня новое исследование, проведенное группой международных исследователей, раскрывает больше информации о том, как специфические нейроны в мозжечке связаны с нашими глазами как окно в мозг.

Я знаю, что с нетерпением жду нового « мозжечка » (связанного с мозговым мозгом или находящегося в мозжечке) исследование – чрезвычайно эзотерическая причина весны из постели по утрам … Но для меня расшифровка тайны клеток Пуркинье и мозжечка глубоко личный.

Перед его внезапной смертью в 2007 году мой отец, который был нейробиологом, нейрохирургом и автором The Fabric of Mind (Viking), рассказал о последних годах своей жизни, пытаясь решить многогранные загадочные загадки мозжечка. Он умер, прежде чем достижения в области нейровизуализации позволили ему реализовать свои мечты и гипотезы. На его похоронах я дал обет, что сделаю все возможное, чтобы сохранить страсть папы к «маленькому мозгу» живым на протяжении всего XXI века.

За последнее десятилетие я держал свои антенны за достижения в области технологий нейробиологии и стремился к тому, чтобы соединить точки кажущегося несвязанного исследования мозжечка новыми и полезными способами.

• Визуальная рабочая память у детей с аутизмом
• Сами Тимими о СДВГ, аутизме и детском психическом здоровье
• Нейрофидбэк Brainwave для аутизма: может ли это помочь?
• Танец / Движение Терапия и Аутизм
• Воображение и Диаметрическая модель психического заболевания

Во время написания рукописи «Путь спортсмена» (St. Martin's Press) в 2005 году я каждый день разговаривал с отцом. В обязательном порядке, хотя бы раз в неделю, мой отец сказал бы: «Мы точно не знаем, что делают нейроны Пуркинье мозжечка. Но что бы они ни делали, они многое делают ».

Нейроны Пуркинье названы в честь Йоханнеса Пуркинье, впервые идентифицировавших эти нейроны в 1837 году. Доктор Пуркинье также был первым человеком, который идентифицировал индивидуальность отпечатков пальцев человека. У него была ловкость для поиска относительно очевидных вещей, которые все остальные, казалось, не замечали. Клетки Пуркинье являются крупнейшими и наиболее характерными нейронами в мозге. Их дендриты расходятся, как китайские болельщики, и систематизированы таким образом, чтобы поддерживать их, но они никогда не касаются друг друга. Один аксон выступает от вентилятора дендритов.

Иллюстрация нейронов Пуркинье (A) Сантьяго Рамон и Кахал около 1899 года.

Источник: Сантьяго Рамон-и-Кахал / Общественное достояние

Чтобы узнать больше о том, что я узнал о клетках Пуркинье, беседами с отцом, пожалуйста, ознакомьтесь с некоторыми бесплатными отрывками из «Пути спортсменов» . Хотя я писал эти отрывки более десяти лет назад, спекулятивные идеи, представленные моим отцом, являются пророчески точными в свете последних эмпирических нейрофизиологических данных, опубликованных в последние месяцы.

• Прогулки и разговоры
• Думаете ли вы о нарциссизме как аутичном спектральном расстройстве?
• Дети в порядке
• Является ли духовность выбором?
• Лучшие 5 способов Биологическая обратная связь может изменить вашу жизнь

Сегодня утром я был в восторге от того, что прочитал новое исследование о нейронах Пуркинье, которое помогает объяснить, почему мой папа сделал образованное предположение, что эти мозжечковые клетки невероятно динамичны и экстраординарны. Как оказалось, нейроны Пуркинье в мозжечке могут одновременно диктовать, когда начинается мелко настроенное движение мышц, паузы и скорость, с которой происходит это скоординированное движение.

В журнале eLife в июле 2016 года «Мультиплексированное кодирование мозжечковыми нейронами Пуркинье». Технически «мультиплекс» означает «система или сигнал, включающий одновременную передачу нескольких сообщений по одному каналу связи». Это исследование предполагает, что сингулярный аксон нейрона Purkinje способен одновременно передавать несколько сообщений.

Эти результаты дают много интересных подсказок о спектре моторного контроля, начиная от болезней, таких как болезнь Паркинсона или расстройств аутистического спектра (ASD), до гибкости движения, связанного с овладением музыкальным инструментом или развития спортивной доблести олимпийской гимнастки.

Для этого исследования группа исследователей из Окинавского института науки и технологии (OIST), выпускник университета и сотрудники в Германии, изучили, как клетки Пуркинье мозжечка коррелируют с быстрыми «саккадическими» движениями глаз.

В прошлом году в журнале Nature было опубликовано новаторское исследование «Кодирование действия клеток Пуркинье мозжечка» исследователей из Медицинской школы Университета Джона Хопкинса. Исследователи сообщили, что клетки Пуркинье обладают общими свойствами комплексного шипа, которые, по-видимому, контролируют быстрые движения глаз, которые известны как саккады.

Источник: Владимир Арндт / Shutterstock

Независимо от того, осознаете ли вы это или нет, ваши глаза постоянно движутся. Ваши глаза двигаются быстро и рефлексивно с одной точки фокусировки на фокусировку на чем-то другом. Во время саккад – даже если вы не задумываетесь о движении глаз – мозжечок постоянно проводит инвентаризацию, чтобы определить, куда направлять ваше внимание, основываясь на том, что содержит самую важную информацию. Мелко настроенные саккады позволяют нам делать такие вещи, как поддержание зрительного контакта с кем-то, когда вы занимаетесь разговором или волейбол, теннисный мяч приближается к вам со скоростью более 100 миль в час.

Интересно, что одним из основных симптомов аутизма является трудность поддержания зрительного контакта во время эмоциональных разговоров. Всплески аутичных детей обнаруживают усохшие мозжечки и атрофированные клетки Пуркинье. Я написал об этом явлении в блоге « Психология сегодня» , «Что запрещает контакт с глазами во время эмоциональных разговоров?»

Саккада является прекрасным примером сенсомоторной координации мозжечка. Как мы координируем все наши движения мышц, имеет далеко идущие последствия для того, как мы взаимодействуем с окружающей средой и людьми вокруг нас. Это особенно актуально при достижении состояния потока или сверхтекучести , которое характеризуется координирующими движениями таким образом, что течет без трения или вязкости.

Последние результаты OIST подтверждают мою первоначальную гипотезу о том, что нейроны Purkinje играют решающую роль в достижении состояния потока и сверхтекучести как в суде. Как я заявляю на с. 119 « Путь спортсмена» ,

«Вы могли бы думать о тысячах дендритов клеток пуркинье как« приемное блюдо »из многих широких и разнообразных мест в вашем теле. Один акцептор клетки purkinje можно рассматривать как один исходящий провод, передающий сигналы со всех сторон через консолидированный конвейер. Дендриты клеток Пуркинье параллельны, но никогда не касаются друг друга. Они колеблются, как рыбий хвост, и выталкивают сигналы вверх по аксону, из мозжечка и поднимаются в головной мозг ».

Эта молниеносная обработка в нейронах Purkinje вратаря в мозжечке позволяет ему прыгать на футбольный мяч, протягивая руки и удерживая глаза на прицеле, используя вестибуло-окулярный рефлекс (VOR) мозжечка. В спорте и жизни мозжечок контролирует ваш баланс, проприоцепцию, постуральный контроль, координацию мышц и скорость движения.

Исследователи из Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) недавно захватили захватывающие изображения нейронов Пуркинье, которые показывают поразительную точность иллюстраций Рамона и Каджала более века назад.

Источник: OIST, используемый с разрешения

Конечный выход любой данной ячейки Пуркинье осуществляется через один аксон. Интересно, что все клетки Пуркинье работают автономно, но одновременно в унисон. Эти нейроны принимают сенсорную информацию на уровне мозжечка из каждой части вашего тела и отправляют эту информацию до головного мозга для обработки головного мозга.

Нейроны Пуркинье работают с квантовой скоростью. Усиление более двухсот тысяч поступающих сигналов через один аксон обеспечивает возможность параллельной обработки мозжечка вверх в кору головного мозга.

Когда команда OIST построила математическую модель по средней скорости стрельбы нейронов Пуркинье, они обнаружили, что простая связь может предсказать текучесть движения в самом начале движения саккадного глаза.

Как и все нейроны, клетки Пуркинье излучают спайки, вызванные электрическим выходом. Клетки Пуркинье быстро стреляют шипами, но иногда возникают паузы в этих шипах. В заявлении, сказал профессор Эрик Де Шуттер, соавтор и руководитель отдела вычислительной нейронауки OIST.

«Мы хотим знать, что на самом деле говорят эти шипы. , , В период саккады наблюдается большой сдвиг в локальном полевом потенциале. Мы также можем видеть, что в то время, когда начинается движение глаз, в клетке Пуркинье появляется всплеск начала паузы.

Это показало нам, что всплески, которые начинают паузы, контролируют начало движения и что те, которые не связаны с паузами, контролируют скорость движения. Это означает, что в ячейках Пуркинье есть мультиплексирование – они могут сразу отправить два сигнала ».

Это важно, потому что это исследование позволяет предположить, что как тайминги отдельных пиков, так и средняя скорость стрельбы шипов имеют решающее значение для понимания сложностей мозжечка и всех типов тонко настроенных моторных навыков.

Вывод: достижение сверхтекучести в спорте и жизни связано с нейронами Пуркинье

Источник: Цзян Дао Хуа / Шаттерсток

Когда вы наблюдаете, как спортсмены элитного уровня участвуют в летних играх в Рио в течение следующих нескольких недель, помните, что все их тонко настроенные мышечные движения полагаются на нейроны Пуркинье в мозжечке. На противоположном конце спектра нетипичная структура, функция и связь клеток Пуркинье могут затруднить повседневную жизнь людей с определенными неврологическими нарушениями мозжечка.

Эти данные о нейронах Purkinje имеют возможность помочь специалистам в разработке вмешательств, которые могли бы повысить производительность спортсмена или художника, создав поток и сверхтекучесть. Это исследование также может помочь людям с широким спектром расстройств, которые коренится в мозговых нарушениях, оптимизирует их повседневную жизнь.

Потенциально, последние сведения о понимании механизма нейронов в мозжечке могут привести к достижениям в области медицинских технологий, таких как взаимодействие мозговых машин, которые могут позволить парализованным пациентам или ампутациям протестировать протезирование путем тонкой настройки сигналов мозга. Кроме того, эти результаты могут быть полезны при разработке передового искусственного интеллекта для роботов, требующих тонкого управления двигателем.

Следите за обновлениями о способах исследования самых современных мозжечковых исследований, которые могут применяться как для спорта, так и для жизни. Чтобы узнать больше о клетках Пуркинье, движениях глаз и мозжечке, просмотрите мои предыдущие сообщения в блоге Psychology Today ,

• «Клетки Пуркинье взлетают в жизнь с зависящим от государства возбуждением»
• «Эпигенетический механизм в обучении двигателям мозжечка»
• «Белки твоих глаз передают подсознательные истины»
• «Неврология контакта с глазами»
• «12 способов движения глаз отдают ваши секреты»
• «Как клетки Пуркинье в мозжечке связаны с аутизмом?»
• «Аутизм, клетки Пуркинье и мозжечок переплетаются»
• «Больше исследований, связанных с аутизмом и мозжечком»
• «Идиосинкратическая синхронизация мозга, связанная с аутизмом»
• «Улучшенная связь с мозжечком повышает творческую способность»
• «Мозговая клетка содержит множество подсказок для создания роботов-гуманоидов»
• «5 причин, по которым мозжечок является ключом к процветанию в эпоху цифровых технологий»

© 2016 Кристофер Бергленд. Все права защищены.

Следуйте за мной на Twitter @ckbergland для получения обновлений в сообщениях в блоге Athlete's Way .

The Athlete's Way ® является зарегистрированным товарным знаком Christopher Bergland.