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视觉反馈增强了响应身体感觉与肌肉运动的激活

开放获取期刊eLife上的一项新研究说,对于激活肌肉运动的非自愿反射,视觉反馈与身体位置感同样重要。

这些发现提供了关于大脑如何平衡不同类型的感觉信息以控制运动的最早阶段的见解,从而加深了我们对如何控制这些过程在健康和疾病中的理解。

在日常生活中,我们会根据变化的提示来改变身体的动作。例如,当到达目标物体时,我们的大脑会使用有关物体位置的视觉信息,以及有关我们当前的身体位置和自我运动的信息。这些信息不断且迅速地变化,因此存在一个连续的,复杂的反馈回路,大脑将信息转换为正确而精确的肌肉反应。这种反馈的关键部分是肌肉的“伸展反射”,它发生在实际的自愿肌肉运动之前的毫秒内。

“许多研究表明,大脑整合了多种类型的感觉信息以实现自愿的肌肉控制,”主要作者,日本神奈川县NTT通信科学实验室的研究员Sho Ito解释说。“但是,尚不清楚是从多个感觉来源还是从单个来源(例如视觉信息)来计算对初始拉伸反射的控制。在这项研究中,我们研究了改变视觉线索(例如扭曲或消除该信息)如何影响肌肉伸展反射的强度。”

该小组对要求将光标移到视觉目标的人进行了实验。在第一个实验中,更改了光标的移动,从而使参与者收到的视觉反馈失真。研究人员通过机械地测量手腕上的肌肉活动,计算出视觉光标反馈变化对肌肉拉伸反射的影响。他们发现,通过在实际的手部运动与光标在屏幕上的运动之间引入差异,可以减小肌肉拉伸反射的强度。

接下来,他们比较了当人们收到有关光标如何移动的正常视觉反馈与收到光标如何移动的镜像反转版本时的肌肉拉伸反射的比较。在一半的试验中,光标在任务执行过程中完全消失了。光标的变形和移走均导致肌肉伸展反射的变化。删除光标会降低拉伸反射的强度,这表明能够看到光标对于充分激活运动校正很重要。此外,参与者看不见光标的时间越长,拉伸反射的强度越低,人们动作的整体变化就越大。这表明确定我们的四肢位置对调节伸展反射很重要。

在最后的实验中,研究人员研究了处理视觉信息以协调肌肉运动是否总是伴随着肌肉拉伸反射的降低。为此,参与者必须再次将光标移向目标,但是这次目标跳了一下。这使团队能够测量视觉信息处理过程中的反射以及先前计算出的肌肉拉伸反射。他们发现,只有在视觉反馈中引入失真时,肌肉拉伸反射强度才会降低,而视觉目标与运动动作之间的映射不正确则不会。

“我们的研究表明,在缺乏清晰的视觉提示的情况下,参与者会感到不确定自己的手部位置,从而降低了肌肉的伸展反射并防止了不准确或不适当的运动,” NTT高级杰出研究员兼小组负责人Hiroaki Gomi总结道。传播科学实验室。“结果表明,控制运动的反馈响应不是由单个信号而是由大脑计算出来的,而是由包括我们的视觉,姿势和自我运动感在内的多种感官信息源计算出来的。”

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