Behavioral and neural markers of serial order and timing in skilled motor sequences during planning
Authors: Μαντζιάρα Μυρτώ 
Published: August 2024

Η ικανότητα να οργανώνουμε τις κινήσεις μας σε καλά συντονισμένες και λειτουργικές ακολουθίες που ανακτώνται και παράγονται με ευελιξία από μνήμης είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα του ανθρώπινου ρεπερτορίου συμπεριφοράς. Για να επιτύχει αυτή την επιδέξια ικανότητα, ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί την περίοδο πριν από την έναρξη της κίνησης για να «ρυθμίσει» και να προετοιμάσει τις βασικές ιδιότητες ανώτερης τάξης της αναπαράστασης της ακολουθίας, δηλαδή τη σειρά και το χρονισμό των διαδοχικών κινήσεων. Προηγούμενη νευροφυσιολογική έρευνα παρέχει στοιχεία για μια παράλληλη διαβαθμισμένη προενεργοποίηση των επερχόμενων κινήσεων, εύρημα που στηρίζει μια κατηγορία μοντέλων νευρωνικών δικτύων, ονομαζόμενων competitive queuing (CQ). Ο χρονισμός έχει μοντελοποιηθεί σε αυτό το πλαίσιο ως βασικός ρυθμιστής της τακτικής θέσης των προς εκτέλεση κινήσεων, ενώ ο χρόνος προετοιμασίας έχει συσχετιστεί με τη βελτιωμένη μετέπειτα απόδοσή τους. Αυτό που παραμένει αναπάντητο είναι ο ρόλος του χρόνου προετοιμασίας και του χρονισμού της ακολουθίας στην προ-οργάνωση της προηγουμένως αναφερθείσας διαβάθμισης των κινήσεων σύμφωνα με τη θέση τους στην ακολουθία κατά τον προγραμματισμό. Αντιμετωπίζοντας αυτό το ερώτημα, η παρούσα διατριβή είχε ως στόχο την αποσαφήνιση της αναπαράστασης της σειριακής τάξης και του χρονισμού της ακολουθίας κατά τον προγραμματισμό τόσο με συμπεριφορικές όσο και με νευρωνικές μετρήσεις. Με ένα καινοτόμο συμπεριφορικό παράδειγμα «καθυστερημένης παραγωγής» που χρησιμοποίησε ανιχνευτές κίνησης, αυτή η διατριβή διερεύνησε για πρώτη φορά τη συμπεριφορική ανάγνωση του μηχανισμού CQ πριν από την εκτέλεση καλά μαθημένων ακολουθιών δακτύλων και τη διαμόρφωσή του από το χρόνο προετοιμασίας ή το χρονισμό της ακολουθίας (διαφορετικές ταχύτητες/χρονική ομαδοποίηση ). Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας αποκωδικοποίηση της κίνησης από μη επεμβατικό Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ) και ταυτόχρονο Ηλεκτρομυογράφημα (ΗΜΓ), εξετάστηκε περαιτέρω η παράλληλη διαβαθμισμένη προενεργοποίηση των επερχόμενων κινήσεων και η πιθανή επίδραση του χρονισμού της ακολουθίας, και συγκεκριμένα των διαφορετικών ταχυτήτων, στη ρύθμιση των προενεργοποιήσεων. Τα ευρήματα αποκάλυψαν ότι η προπαρασκευαστική βαθμίδα CQ που αποκτήθηκε σε επίπεδο συμπεριφοράς αντιπροσώπευε τη σειριακή τάξη των ταυτόχρονα προετοιμασμένων κινήσεων ανάλογα με την αρχική τους θέση στην ακολουθία. Η ποιότητα της οργάνωσης των κινήσεων που εκφράστηκε μέσω της διαβάθμισης CQ κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού βελτιώθηκε όταν υπήρχε περισσότερος χρόνος για την προετοιμασία της ακολουθίας, αλλά όχι από το χρονισμό της. Όσο μεγαλύτερος ήταν ο χρόνος προετοιμασίας τόσο περισσότερο διευρύνθηκε η βαθμίδα βελτιώνοντας την οργάνωση των κινήσεων με βάση την τακτική τους θέση. Όταν ήταν πιο έντονη, δηλαδή, με πιο ευδιάκριτες διαφορές μεταξύ των θέσεων, η βαθμίδα προέβλεψε καλύτερη απόδοση της ακολουθίας, υποδηλώνοντας ότι αυτός ο μηχανισμός υποστηρίζει ένα πιο ακριβές σχέδιο ακολουθίας που εξηγεί τη βελτιωμένη εκτέλεση της ακολουθίας. Η προπαρασκευαστική βαθμίδα CQ αντικατόπτρισε επίσης έναν μηχανισμό εξαιρετικής λεπτομέρειας που καθορίζει την προπαρασκευαστική κατάσταση των κινήσεων ανάλογα με το αν μια προγραμματισμένη κίνηση ανήκει σε μια ακολουθία ή όχι, ή εάν μια κίνηση σχεδιάζεται ως μέρος μιας ακολουθίας ή όχι. Σε αντίθεση με τα προηγούμενα ευρήματα, η αποκωδικοποίηση ΗΕΓ με χρονική ανάλυση έδειξε ότι τα νευρωνικά μοτίβα που σχετίζονται με την κίνηση δεν προενεργοποιήθηκαν παράλληλα πριν από την εκτέλεση. Ο post hoc μετασχηματισμός τόσο της χρονοσειράς του σήματος ΗΕΓ όσο και αυτής του ΗΜΓ καθώς και η ανάλυση χρονισμού κατέδειξαν ότι το σήμα ΗΕΓ κλιμακώθηκε κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού ακολουθίας σύμφωνα με την ταχύτητα της συνθηματικής ακολουθίας. Ο χρονισμός μιας κίνησης που δεν σχετίζεται με την προγραμματισμένη ακολουθία επαναλήφθηκε κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού της ακολουθίας ταυτόχρονα με τη διαδοχική κίνηση στην πρώτη θέση. Και τα δύο ευρήματα δεν ήταν παρόντα στη νευρική περιφέρεια κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού της ακολουθίας υποδηλώνοντας μια πρόβα ανώτερου επιπέδου χρονισμού των επερχόμενων κινήσεων απουσία εμφανούς κινητικής συμπεριφοράς. Συνολικά, αυτά τα ευρήματα καταδεικνύουν ότι η σειρά και ο χρονισμός ελέγχονται από διαφορετικούς μηχανισμούς κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού των επιδέξιων κινητικών ακολουθιών. Αυτή η έρευνα έχει επιπλοκές για την κατανόηση ενός αρθρωτού ελέγχου της αναπαράστασης των κινητικών ακολουθιών και της δυναμικής σχεδιασμού μέσω διαφορετικών τρόπων και μετρήσεων. Τέλος, αυτά τα ευρήματα συζητούνται σε σχέση με τις επιδέξιες κινητικές ακολουθίες σε κινητικές διαταραχές.