Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Nasz mózg uczy się poruszania ciałem, analizując gigantyczną liczbę wzorców

Recommended Posts

W jaki sposób mózg decyduje, jak najlepiej poruszać naszym ciałem? Okazuje się, że dla układu nerwowego to spore wyzwanie, gdyż mamy setki mięśni, które muszą być koordynowane setki razy na sekundę, a liczba możliwych wzorców koordynacji, z których musi wybierać mózg, jest większa niż liczba ruchów na szachownicy, mówi profesor Max Donelan z kanadyjskiego Simon Fraser University. Donelan i jego zespół badali, w jaki sposób ciało adaptuje się d nowych ruchów. A ich badania mogą mieć znaczenie zarówno dla treningu sportowców, jak i rehabilitacji niepełnosprawnych.

Naukowcy zauważają, że bardzo często doświadczamy zmian zarówno w naszym organizmie, jak i w środowisku zewnętrznym. Być może lubisz biegać w niedzielę rano, Twoje mięśnie będą tym bardziej zmęczone im dłuższy dystans przebiegniesz. A może w czasie wakacji biegasz po plaży, gdzie podłoże jest luźne i nierówne w porównaniu z chodnikiem, po którym codziennie chodzisz. Od dawna jesteśmy w stanie rejestrować zmiany w sposobie poruszania się, ale dotychczas chyba nie docenialiśmy, w jaki sposób nasz organizm do takich zmian się adaptuje, stwierdza Donelan.

Chcąc przyjrzeć się tym zmianom kanadyjscy neurolodzy podjęli współpracę z inżynierami z Uniwersytetu Stanforda, którzy specjalizują się w tworzeniu egzoszkieletów.

Badania kanadyjsko-amerykańskiego zespołu przyniosły bardzo interesujące wyniki. Okazało się, że system nerwowy, ucząc się wzorców koordynacji nowych ruchów, najpierw rozważa i sprawdza wiele różnych wzorców. Stwierdzono to, mierząc zmienność zarówno samego ruchu ciała jako takiego, jak i ruchów poszczególnych mięśni i stawów. W miarę, jak układ nerwowy adaptuje się do nowego ruchu, udoskonala go, a jednocześnie zmniejsza zmienność. Naukowcy zauważyli, że gdy już nasz organizm nauczy się nowego sposobu poruszania się, wydatek energetyczny na ten ruch spada aż o 25%.

Z analiz wynika również, że organizm odnosi korzyści zarówno z analizy dużej liczby możliwych wzorców ruchu, jak i ze zmniejszania z czasem liczby analizowanych wzorców. Zawężanie poszukiwań do najbardziej efektywnych wzorców pozwala bowiem na zaoszczędzenie energii.

Zrozumienie, w jaki sposób mózg szuka najlepszych sposobów poruszania ciałem jest niezwykle ważne zarówno dla ultramaratończyka, przygotowującego się do biegu w trudnym terenie, jak i dla pacjenta w trakcie rehabilitacji po uszkodzeniu rdzenia kręgowego czy wylewu. Na przykład trener, który będzie wiedział, w którym momencie organizm jego podopiecznego zaadaptował się do nowego programu treningowego, będzie wiedział, kiedy można wdrożyć kolejne nowe elementy. A twórcy egzoszkieletów pomagających w rehabilitacji dowiedzą się, w którym momencie można przed pacjentem postawić nowe zadania, bo dobrze opanował wcześniejsze.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Cyfrowa rekonstrukcja mięśni słynnej Lucy, przedstawicielki gatunku Australopithecus afarensis, pokazuje, że potężna mięśnie nóg i miednicy były przystosowane do chodzenia pod drzewach, ale mięśnie kolan pozwalały na przyjęcie w pełni wyprostowanej postawy. Lucy żyła na terenie dzisiejszej Etiopii przed ponad 3 milionami lat. Jej skamieniałe szczątki odkryto w latach 70. ubiegłego wieku. Teraz doktor Ashleigh Wiseman z Wydziału Archeologii Cambridge University wykonała trójwymiarową rekonstrukcję jej mięśni.
      Lucy to przykład jednego z najlepiej zachowanych szkieletów rodzaju Australopithecus. Doktor Wiseman wykorzystała opublikowane ostatnio dane i była w stanie odtworzyć po 36 mięśni w każdej z nóg Lucy. Symulacja wykazała, że australopitek był znacznie mocnej umięśniony niż człowiek współczesny. Na przykład główne mięśnie w łydkach i udach były dwukrotnie większe niż u H. sapiens. My mamy znacznie większy stosunek tłuszczu do mięśni. U człowieka współczesnego mięśnie stanowią 50% masy uda. U Lucy było to nawet 74%.
      Paleoantropolodzy sprzeczają się, jak Lucy chodziła. Według jednych, jej sposób poruszania się przypominał kaczy chód, jaki widzimy u szympansów, gdy chodzą na dwóch nogach. Zdaniem innych, jej ruchy były bardziej podobne do naszego chodu w pozycji całkowicie wyprostowanej. W ciągu ostatnich 20 lat przewagę zaczęła zdobywać ta druga opinia. Badania Wiseman to kolejny argument za w pełni wyprostowaną Lucy. Wynika z nich bowiem, że mięśnie prostowniki stawu kolanowego, do których należą mięsień czworogłowy uda, naprężacz powięzi szerokiej uda, krawiecki i stawowy kolana, i dźwignia jaką zapewniały, pozwalały na wyprostowanie kolana w takim samym stopniu jak u zdrowego H. sapiens.
      Możemy stwierdzić zdolność Lucy do poruszania się w pozycji wyprostowanej tylko wówczas, jeśli zrekonstruujemy mięśnie i sposób ich pracy. Obecnie jesteśmy jedynym zwierzęciem, które jest w stanie stać w pozycji wyprostowanej z wyprostowanymi kolanami. Budowa mięśni Lucy wskazuje, że poruszała się w pozycji wyprostowanej równie sprawnie jak my. Także wówczas, gdy przebywała na drzewie. Lucy prawdopodobnie poruszała się w sposób, jakiego obecnie nie obserwujemy u żadnego żyjącego gatunku, mówi Wiseman.
      Australopithecus afarensis żył na rozległych sawannach oraz w gęstych lasach. Wykonana przez Wiseman rekonstrukcja pokazuje, że w obu tych środowiskach poruszał się równie sprawnie.
      Rekonstrukcja mięśni była już wykorzystywana na przykład do oceny prędkości biegu gatunku Tyrannosaurus rex. Wykorzystując podobną technikę do badania naszych przodków możemy odkryć całe spektrum sposobów poruszania się, które napędzały naszą ewolucję. W tym i te zdolności, które utraciliśmy, mówi Wiseman.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Glejak wielopostaciowy to jeden z najczęściej spotykanych i najbardziej agresywnych pierwotnych nowotworów mózgu. Występuje on u od 0,6 do 5 osób na 100 000, a liczba jego przypadków rośnie na całym świecie. Średni spodziewany czas życia od postawienia diagnozy wynosi zaledwie 15 miesięcy. Na University of Toronto postała właśnie nowa technika mikrochirurgiczna, która może pomóc w leczeniu tej choroby. Związane z nią nadzieje są tym większe, że może być wykorzystana do leczenie guzów opornych na inne terapie i umiejscowionych w tych obszarach mózgu, w których interwencja chirurgiczna jest wykluczona.
      Obecnie standardowe leczenie glejaka polega na usunięciu guza i zastosowaniu radio- oraz chemioterapii. Niestety, komórki glejaka bardzo szybko się namnażają i naciekają na sąsiadującą tkankę, przez co ich chirurgiczne usunięcie jest bardzo trudne. Tym bardziej, że mamy do czynienia z mózgiem, w którym nie możemy wycinać guza z dużym marginesem. Jakby tego było mało, glejak szybko nabiera oporności na chemioterapię. Bardzo często więc u pacjentów dochodzi do wznowy nowotworu, który wkrótce przestaje reagować na dostępne metody leczenia.
      Yu Sun, profesor na Wydziale Nauk Stosowanych i Inżynierii oraz Xi Huang z Wydziału Medycyny University of Toronto mają nadzieję na zmianę stanu rzeczy za pomocą robotycznych nano-skalpeli, które mogą precyzyjnie zabijać komórki nowotworu.
      Naukowcy stworzyli węglowe nanorurki, które wypełnili cząstkami tlenku żelaza. Tak uzyskane magnetyczne nanorurki (mCNT) są pokryte przeciwciałami, które rozpoznają specyficzną dla komórek glejaka proteinę CD44. Nanorurki są następnie wstrzykiwane w miejsce występowania guza i samodzielnie poszukują proteiny CD44. Gdy ją znajdą, przyczepiają się do komórki i do niej wnikają. A kiedy są już na miejscu, wystarczy włączyć zewnętrzne pole magnetyczne, pod wpływem którego mCNT zaczynają wirować, uszkadzając od wewnątrz komórki glejaka i prowadzą do ich śmierci.
       

       
      Jako że nanorurki niszczą komórki za pomocą oddziaływania mechanicznego, nie ma ryzyka, że komórki zyskają oporność na ten sposób oddziaływania. Nowa metoda może zatem być odpowiedzią zarówno na problem uodparniania się guza na chemioterapię, jak i na niemożność tradycyjnego usunięcia guza metodami chirurgicznym. Podczas przeprowadzonych już badań na myszach naukowcy wykazali, że ich metoda zmniejszyła rozmiary guza i wydłużyła życie myszy z oporną na chemioterapię formą glejaka wielopostaciowego.
      Inną korzyścią z zastosowania mechanicznego oddziaływania mCNT jest fakt, że obok fizycznego niszczenia struktury komórek, nanorurki mogą modulować specyficzne biochemiczne szlaki sygnałowe, co będziemy starali się wykorzystać do opracowania łączonej terapii biorącej na cel nieuleczalne guzy mózgu, mówi Wang.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wiele osób z różnych kultur, które doświadczyły bliskiej śmierci, wspomina o pojawieniu się wówczas jasnego światła, bliskich zmarłych osób czy wspomnień z całego życia. Doniesienia takie skłaniają do zastanowienia się nad istnieniem świadomości w umierającym mózgu. Sceptycy mówią jednak o halucynacjach osób, które dochodzą do siebie. Wydaje się jednak, że naukowcy zidentyfikowali aktywność mózgu powiązaną z umieraniem.
      Przed laty Jimo Borjigin i jej zespół z Wydziału Medycyny University of Michigan zaobserwowali wzrost aktywności elektrycznej mózgów umierających szczurów. Niedawno naukowcy postanowili sprawdzić, czy podobne zjawisko występuje też u ludzi.
      Doktor Borjigin wraz z kolegami przeanalizowała anonimizowany zbiór danych medycznych, poszukując w nim osób, które wciąż były podłączone do EEG po tym, jak odłączono urządzenia podtrzymujące ich funkcje życiowe. Zidentyfikowano cztery takie osoby.
      Były to osoby w stanie śpiączki, z którymi nie było kontaktu i w końcu, wobec wyczerpania wszelkich możliwości leczenia i bez nadziei na poprawę, osoby te, po uzyskaniu zgody rodziny, zostały odłączone od aparatury. Jednak EEG nie zostało odłączone i ciągle rejestrowało czynności ich mózgu. U dwóch z tych osób zarejestrowano niezwykłą aktywność.
      Z wcześniejszych badań wiemy, że fale gamma są powiązane ze świadomością, wyższymi procesami poznawczymi i przywoływaniem wspomnień. Szczególnie istotne są fale gamma pojawiające się na styku skroniowo-ciemieniowo-potylicznym (TPO) po obu stronach głowy.
      Okazało się, że u obu wspomnianych pacjentów, po odłączeniu urządzeń wspomagających oddychanie, doszło do znacznego wzrostu aktywności fal gamma w tych obszarach mózgu. Aktywność taka trwała kilka minut i momentami była szalenie wysoka, mówi Borjigin. Oczywiście nie wiemy, czy podczas umierania osoby te doświadczały jakichś wizji. Mieliby nam sporo do powiedzenia, gdyby przeżyli, mówi uczona.
      U obu tych osób, w związku ze spadkiem poziomu tlenu we krwi, doszło do wzrostu pulsu. To zaś sugeruje, że działający autonomiczny układ nerwowy jest potrzebny do pojawienia się fal gamma.
      Sam Parnia z uniwersytetu w Nowym Jorku uważa, że wzrost aktywności fal gamma w mózgu umierającej osoby może mieć związek z faktem, że spadający poziom tlenu unieruchamia niektóre „systemy hamowania” w mózgu. To zaś pozwala na aktywowanie normalnie uśpionych szlaków, co widać na EEG. A wszystko dzięki temu, że wymagający pod względem energetycznym system hamowania nie działa, mówi uczony. Jego zdaniem, dokonane odkrycie to dodatkowa wskazówka, że niektóre osoby, z którymi pod koniec ich życia nie potrafimy nawiązać kontaktu, są świadome.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Regularne spożywanie orzechów włoskich korzystnie wpływa na rozwój poznawczy oraz dojrzewanie psychiczne młodzieży, informują naukowcy z Instituto de Salud Global (ISGlobal) w Barcelonie. Takie wnioski płyną z pionierskich badań prowadzonych przez Institut d’Investigació Sanitària Pere Virgili (IISPV), Hospital del Mar Medical Research Institute (IMIM) oraz ISGlobal. Badań, których celem było sprawdzenie wpływu orzechów włoskich na zdrowie ludzkie w tak kluczowym momencie, jakim jest okres dojrzewania.
      Orzechy są bogate w kwas alfa-linolenowy (ALA), który jest jednym z kluczowych elementów potrzebnych do prawidłowego rozwoju mózgu. Nie jest on syntetyzowany w organizmie, dlatego musimy dostarczać go z dietą. Okres dojrzewania do czas wielkich zmian biologicznych. Dochodzi do zmian hormonalnych, które stymulują rozwój synaps w płacie czołowym. To ten obszar mózgu, który umożliwia nam osiągnięcie dojrzałości neuropsychologicznej, zatem rozwój pełnych zdolności emocjonalnych i poznawczych. Neurony, dobrze odżywione dzięki ALA i podobnym kwasom tłuszczowym, mogą rozwijać się i tworzyć nowe silne synapsy, mówi główny autor badań, Jordi Julvez.
      W badaniach, których wyniki opublikowano na łamach eClinicalMedicine, wzięło udział 700 ochotników w wieku 11–16 lat. Podzielono ich na grupę kontrolną, w przypadku której nie zastosowano żadnych specjalnych zaleceń dietetycznych, oraz grupę badaną, której członkowie codziennie przez 6 miesięcy mieli jeść po 30 gramów orzechów włoskich.
      Okazało się, że osoby z grupy badanej, które w ciągu tych 6 miesięcy jadły orzechy przez co najmniej 100 dni (niekoniecznie po sobie następujących), wykazywały zwiększoną zdolność do koncentracji uwagi. Co więcej zaobserwowano, że u tych osób, które przed rozpoczęciem eksperymentu obserwowano objawy ADHD, doszło do poprawy zachowania, były w stanie bardziej się skupić i doszło do zmniejszenia u nich poziomu nadmiernej aktywności.
      Jakby tego było mało, w grupie badanej doszło do zwiększenia poziomu inteligencji płynnej. Inteligencja płynna utożsamiana jest z inteligencją wrodzoną, determinowana jest przez czynniki biologiczne, a nie proces nauczania.
      Generalnie rzecz biorąc, nie zauważyliśmy znaczących średnich różnic pomiędzy grupą badaną, a grupą kontrolną. Jednak gdy uwzględniliśmy czynnik wytrwałości w spełnianiu założeń eksperymentu, stwierdziliśmy, że ci z młodych ludzi, którzy najlepiej przestrzegali zasad dotyczących ilości spożywanych orzechów oraz liczby dni, przez które je spożywali, wykazali widoczną poprawę funkcjonowania neuropsychologicznego, dodaje Julvez.
      Autorzy badań zachęcają więc nastolatków, by co najmniej 3 razy w tygodniu zjedli garść orzechów. Przyczyni się to bowiem do lepszego rozwoju poznawczego.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed kilku laty głośno było o Neuralink, firmie Elona Muska, który obiecał stworzenie implantu łączącego ludzki mózg z komputerem. Przed kilkoma miesiącami biznesmen ogłosił, że do maja bieżącego roku rozpoczną się testy implantu The Link na ludziach. Jednak przed Neuralinkiem może być bardzo wyboista droga. Media doniosły właśnie, że już przed rokiem Federalna Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) odrzuciła wniosek o testy urządzenia, a dwa amerykańskie ministerstwa prowadzą śledztwo ws. działań firmy Neuralink.
      The Link ma być wszczepiany do mózgu. Jako taki jest przez FDA klasyfikowany jako urządzenie Klasy III. Należą do niej urządzenia medyczne, które podtrzymują lub wspierają funkcje życiowe, są implantowane lub stwarzają potencjalnie nieuzasadnione ryzyko choroby lub odniesienia obrażeń. FDA oświadczyła, że wniosek Neuralinku o rozpoczęcie testów na ludziach zawierał „dziesiątki niedociągnięć”, więc został odrzucony. Wątpliwości Agencji budziły m.in. stabilność akumulatorów i systemu ładowania, możliwość migrowania implantu w mózgu czy uszkodzenia tkanki. I mimo upływu wielu miesięcy Neuralink wciąż nie jest w stanie poprawić wszystkich niedociągnięć.
      Odrzucenie wniosku nie oznacza, co prawda, że The Link nie zostanie w końcu dopuszczony do testów, ale wskazuje, że kilkunastu ekspertów, którzy przyglądali się implantowi, zgłosiło poważne zastrzeżenia.
      To jednak nie wszystkie problemy. Pod koniec ubiegłego roku Departament Rolnictwa wszczął śledztwo ws. złego traktowania zwierząt laboratoryjnych przez firmę Muska, a Departament Transportu otworzył swoje śledztwo dotyczące nieprawidłowości przy międzystanowym transporcie materiałów niebezpiecznych, w tym implantów od chorych zwierząt.
      Ustalenia Departamentów Rolnictwa i Transportu mogą w jakiś pośredni sposób wpłynąć na proces decyzyjny FDA. Dodatkowo sprawę mogą skomplikować zapowiedzi Muska i innych przedstawicieli firmy, którzy twierdzili, że The Link pozwoli niewidomym widzieć, sparaliżowanym chodzić oraz pozwoli na połączenie z jakimś rodzajem sztucznej inteligencji. Urządzenia Klasy III są oceniane pod kątem bezpieczeństwa oraz spełniania stawianych przed nimi założeń. Szumne zapowiedzi dotyczące niezwykłych możliwości The Link, nawet jeśli nie znajdą się w oficjalnym wniosku, mogą spowodować, że urzędnicy FDA będą znacznie baczniej przyglądali się urządzeniu i aplikacji.
      Eksperci uważają, że firma Muska nie ma niezbędnej wiedzy i doświadczenia, by w przewidywalnym czasie wprowadzić na rynek implant mózgowy.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...