Language
Country/Area
No result found
Khả năng tự tổ chức tuyệt vời: CPG duy trì tính linh hoạt trong các hành động khác nhau như thế nào?
Các bộ tạo mẫu trung tâm (CPG) là các mạch thần kinh sinh học tự tổ chức có thể tạo ra các đầu ra có nhịp điệu khi không có đầu vào có nhịp điệu. Những mô hình hoạt động thần kinh gắn kết chặt chẽ này thúc đẩy các hành vi vận động nhịp nhàng và điển hình mà chúng ta trải qua như đi bộ, bơi, thở hoặc nhai. Mặc dù chúng có thể hoạt động bình thường khi không có sự can thiệp từ các vùng não cao hơn, chúng vẫn cần sự điều tiết và đầu ra của chúng không cố định. Khả năng phản ứng linh hoạt với đầu vào cảm giác là một đặc điểm thiết yếu của hành vi theo định hướng CPG.
Sinh lý học"Để được phân loại là một máy phát nhịp điệu, CPG yêu cầu hai hoặc nhiều tiến trình tương tác sao cho mỗi tiến trình tăng và giảm theo trình tự, với kết quả là tương tác liên tục đưa hệ thống trở về trạng thái ban đầu." >
Tế bào thần kinh CPG
Nơ-ron CPG có thể có các đặc tính màng nội tại khác nhau. Một số nơ-ron có thể kích hoạt điện thế hoạt động theo từng đợt, trong khi những nơ-ron khác có tính ổn định kép và có thể được kích hoạt bằng xung dòng điện khử cực và kết thúc bằng xung dòng điện tăng phân cực. Nhiều tế bào thần kinh CPG phát xung sau khi giải phóng sự ức chế (gọi là sự liên kết lại sau ức chế), trong khi một đặc tính chung khác là giảm tốc độ phát xung trong thời gian khử cực liên tục (gọi là sự thích nghi với tốc độ đột biến).
Tạo nhịp điệu
Việc tạo ra nhịp điệu trong mạng CPG phụ thuộc vào các đặc tính nội tại của tế bào thần kinh CPG và các kết nối synap của chúng. Có hai cơ chế tạo nhịp điệu cơ bản ở đây: nhịp đập/người theo và sự ức chế lẫn nhau. Trong mạng lưới điều khiển bằng máy đếm nhịp, một hoặc nhiều nơ-ron hoạt động như một bộ dao động lõi (máy đếm nhịp), điều khiển các nơ-ron không phát xung khác (các nơ-ron theo sau) vào một mô hình nhịp nhàng. Trong một mạng lưới được thúc đẩy bởi sự ức chế lẫn nhau, hai (nhóm) tế bào thần kinh ức chế lẫn nhau. Các mạng này được gọi là bộ dao động bán trung tâm. Khi bị cô lập, các tế bào thần kinh này không có hoạt động nhịp nhàng, nhưng khi được kết nối thông qua các kết nối ức chế, chúng có thể tạo ra các kiểu hoạt động xen kẽ.
"Các mối nối khe hở cũng góp phần tạo nên dao động nhịp nhàng và sự đồng bộ hóa nơ-ron trong CPG."
Động lực học synap ngắn hạn
Mạng CPG có các kết nối synap lặp đi lặp lại rộng rãi, bao gồm cả sự kích thích lẫn nhau và sự ức chế lẫn nhau. Các khớp thần kinh trong mạng CPG trải qua những thay đổi phụ thuộc vào hoạt động trong thời gian ngắn. Sự ức chế và tạo điều kiện thuận lợi cho synap ngắn hạn có thể đóng vai trò trong cả sự bùng nổ hoạt động và sự chấm dứt hoạt động.
Mạch CPG
Mạch CPG được cho là có liên quan đến kiểm soát vận động bao gồm các nơ-ron vận động và nơ-ron nội tủy nằm ở vùng ngực và thắt lưng dưới của tủy sống, cũng như ở mỗi đoạn dây thần kinh trong dây thần kinh bụng của động vật không xương sống. Các tế bào thần kinh CPG liên quan đến việc nuốt nằm ở thân não, cụ thể là ở nhân lưỡi ở hành tủy. Mặc dù vị trí chung của các tế bào thần kinh CPG thường có thể suy ra được, nhưng vị trí cụ thể và danh tính của các tế bào thần kinh tham gia vẫn đang được khám phá.
Điều biến thần kinh
Sinh vật phải điều chỉnh hành vi của mình để đáp ứng nhu cầu của môi trường bên trong và bên ngoài. Là một phần của mạch thần kinh của cơ thể, các máy phát mẫu trung tâm có thể được điều chỉnh để thích ứng với nhu cầu và môi trường xung quanh của cơ thể. Quy định có ba vai trò trong mạch CPG:
- Quy định là một đặc tính nội tại của mạng CPG hoặc là cần thiết để kích hoạt hoạt động của mạng.
- Điều chỉnh thay đổi cấu hình chức năng của CPG để tạo ra các đầu ra khác nhau.
- Sự điều chỉnh làm thay đổi thành phần của các tế bào thần kinh CPG bằng cách chuyển đổi các tế bào thần kinh giữa các mạng lưới và hợp nhất các mạng lưới độc lập trước đó thành các thực thể lớn hơn.
Ở loài gặm nhấm, việc chặn các kết nối điều biến thần kinh làm giảm đáng kể hoạt động nhịp nhàng và có thể loại bỏ hoàn toàn chuyển động mô phỏng do thuốc gây ra. Hiện tượng này cho thấy sự điều hòa thần kinh đóng vai trò quan trọng đối với tính linh hoạt của CPG.
Phản hồi cảm giác
Trong khi các lý thuyết tạo mẫu trung tâm yêu cầu nhịp điệu cơ bản và tạo mẫu phải được tạo ra tập trung, CPG có thể phản hồi phản hồi cảm giác để thay đổi các mẫu theo cách phù hợp với hành vi. Ngay cả phản hồi nhận được trong một giai đoạn cụ thể của một kiểu chuyển động cũng có thể yêu cầu thay đổi các phần khác của chu kỳ kiểu chuyển động để duy trì một số mối quan hệ phối hợp nhất định. Ví dụ, một viên sỏi bên trong chiếc giày bên phải sẽ làm thay đổi toàn bộ dáng đi, mặc dù kích thích chỉ xuất hiện khi đứng bằng chân phải. Sự điều chỉnh này có thể là do tác động lan rộng và lâu dài của phản hồi cảm giác lên CPG, hoặc do tác động ngắn hạn lên một vài nơ-ron, sau đó điều chỉnh các nơ-ron gần đó, do đó mở rộng phản hồi ra toàn bộ CPG.
Chức năng
CPG có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau, bao gồm chuyển động, thở, tạo nhịp điệu và các chức năng dao động khác. Sự đa dạng của các chức năng này chứng minh vai trò quan trọng của chúng trong nhiều hoạt động khác nhau.
Khi xem xét tính linh hoạt và khả năng phản hồi của CPG, chúng ta không khỏi tự hỏi liệu cơ chế tự tổ chức của các mạch thần kinh này có thể truyền cảm hứng cho việc khám phá các công nghệ mới của chúng ta hay không?
