运动区脑图谱具有动力性和自适应性

10.运动区脑图谱具有动力性和自适应性

总体来说,身体主要环节在大脑运动皮质区的投射方式不同个体之间是高度一致的,但是每一个亚区功能细节不同个体之间会有差别。这提示运动区脑图谱是逐渐通过个体长期的运动经历形成的。学者们已经从多个方面证明大脑运动皮质区图谱具有动力学特征。例如,当局部脑组织损伤发生后,损伤组织所对应的运动功能由邻近皮质代替,这说明脑功能出现了功能性再组织。这种功能性再组织很可能是损伤后功能恢复的主要原因。

运动技能学习也会引起脑功能重新组织。Randy和他的同事通过训练猴子使用大拇指、食指以及腕关节去精确地完成取食物的运动任务。当猴子能够完成这项任务后,和训练前相比,诱发猴子产生动作的运动区脑图谱区域面积变大。如果猴子很长时间不进行运动练习,它的功能水平会下降。通过功能性磁共振技术和经颅磁刺激技术发现,由于运动训练导致相应肢体大脑皮质投射区域面积改变同样也发生在人类身上。

John Donoghue和他的同事研究发现,这些适应性变化取决于水平联系和局部抑制性回路。他们发现,在大鼠运动脑图谱中,两个相连的皮质区域内实施微刺激能引起大鼠上嘴唇或前肢肌肉收缩。在横断支配面部嘴唇神经支配后的几分钟内,刺激脑部唇部对应的皮质区时会诱发前肢肌肉收缩。

在一项相关实验中,他们注射一种称为“荷包牡丹碱”的药物在大鼠前肢肌肉对应大脑运动皮质区内,这种药物阻止神经递质γ-氨基丁酸(GABA)的释放。在几分钟内刺激支配唇部肌肉运动区皮质时,会诱发唇部肌肉和前肢肌肉都发生收缩。他们认为刺激唇部肌肉皮质激活了局部水平投射到前肢肌肉皮质区的轴突,而在正常情况下,前肢肌肉对应运动皮质区神经元是通过抑制性中间神经元释放的GABA而受到抑制,所以在刺激唇部运动皮质区时,不会引起前肢肌肉收缩,但是在注射“荷包牡丹碱”药物时失去了这种抑制,使前肢肌肉发生了收缩。