Первичная моторная кора ( зона Бродмана 4 ) — это область мозга , которая у людей расположена в дорсальной части лобной доли . Это основная область моторной системы , которая работает совместно с другими моторными областями, включая премоторную кору , дополнительную моторную область , заднюю теменную кору и несколько подкорковых областей мозга, для планирования и выполнения произвольных движений. Первичная моторная кора определяется анатомически как область коры, которая содержит крупные нейроны, известные как клетки Беца , которые вместе с другими корковыми нейронами посылают длинные аксоны вниз по спинному мозгу для синапсов на интернейронную схему спинного мозга, а также непосредственно на альфа-мотонейроны спинного мозга, которые соединяются с мышцами.
В первичной моторной коре двигательное представительство упорядочено (в перевернутом виде) от пальцев ног (в верхней части полушария головного мозга) до рта (в нижней части) вдоль складки в коре, называемой центральной бороздой . Однако некоторые части тела могут контролироваться частично перекрывающимися областями коры. Каждое полушарие головного мозга первичной моторной коры содержит только двигательное представительство противоположной (контралатеральной) стороны тела. Количество первичной моторной коры, выделенное для части тела, не пропорционально абсолютному размеру поверхности тела, а, вместо этого, относительной плотности кожных двигательных рецепторов на указанной части тела. Плотность кожных двигательных рецепторов на части тела, как правило, указывает на необходимую степень точности движения, требуемую в этой части тела. По этой причине руки и лицо человека имеют гораздо большее представительство, чем ноги.
Для получения информации об открытии первичной моторной коры и ее связи с другими моторными областями коры см. основную статью о моторной коре .
Первичная моторная кора человека расположена на передней стенке центральной борозды. Она также простирается вперед из борозды частично на прецентральную извилину. Спереди первичная моторная кора граничит с набором областей, которые лежат на прецентральной извилине и которые обычно считаются составляющими латеральную премоторную кору. Сзади первичная моторная кора граничит с первичной соматосенсорной корой, которая лежит на задней стенке центральной борозды. Вентрально первичная моторная кора граничит с островковой корой в латеральной борозде. Первичная моторная кора простирается дорсально до верхней части полушария и затем продолжается на медиальную стенку полушария.
Расположение первичной моторной коры наиболее очевидно при гистологическом исследовании из-за наличия отличительных клеток Беца . Слой V первичной моторной коры содержит гигантские (70-100 мкм ) пирамидальные нейроны , которые являются клетками Беца. Эти нейроны посылают длинные аксоны к контралатеральным моторным ядрам черепных нервов и к нижним моторным нейронам в вентральном роге спинного мозга . Эти аксоны образуют часть кортикоспинального тракта . Клетки Беца составляют лишь небольшой процент кортикоспинального тракта. По некоторым меркам, они составляют около 10% нейронов первичной моторной коры, проецирующихся на спинной мозг [1] или около 2-3% от общей корковой проекции на спинной мозг. [2] Хотя клетки Беца не составляют весь моторный выход коры, они, тем не менее, являются четким маркером первичной моторной коры. Эту область коры, характеризующуюся наличием клеток Беца, Бродман назвал зоной 4.
Было показано, что только первичная моторная кора имеет около 116 различных типов клеток, различающихся по своей морфологии, электрофизиологическим свойствам (включая паттерны активации) и профилю экспрессии генов (например, по типу высвобождаемого нейротрансмиттера (ГАМК, глутамат и т. д.) [3]
По мере того, как первичные двигательные аксоны продвигаются вниз по белому веществу мозга , они сближаются и образуют часть задней ножки внутренней капсулы .
Они продолжаются вниз в ствол мозга , где некоторые из них, после перехода на контралатеральную сторону, распределяются по двигательным ядрам черепных нервов . ( Примечание : несколько двигательных волокон образуют синапсы с нижними двигательными нейронами на той же стороне ствола мозга ).
После перехода на контралатеральную сторону в продолговатом мозге ( пирамидальный перекрест ) аксоны спускаются по спинному мозгу в виде бокового кортикоспинального тракта .
Волокна, которые не пересекаются в стволе мозга, спускаются по отдельному вентральному кортикоспинальному тракту , и большинство из них пересекаются с контралатеральной стороной в спинном мозге , незадолго до достижения нижних двигательных нейронов . В дополнение к основному кортикоспинальному тракту, моторная кора проецируется в другие корковые и подкорковые области, включая полосатое тело, гипоталамус, средний мозг и задний мозг, а также таламус, базальные ганглии, средний мозг и продолговатый мозг [4]
Кортикомоторные нейроны — это нейроны в первичной коре, которые проецируются непосредственно на двигательные нейроны в вентральном роге спинного мозга. [5] [6] Аксоны кортикомоторных нейронов заканчиваются на спинальных двигательных нейронах нескольких мышц, а также на спинальных интернейронах. [5] [6] Они уникальны для приматов, и было высказано предположение, что их функция заключается в адаптивном контроле дистальных конечностей (например, рук), включая относительно независимый контроль отдельных пальцев. [6] Кортикомоторные нейроны до сих пор были обнаружены только в первичной двигательной коре, а не во вторичных двигательных областях. [6]
Ветви средней мозговой артерии обеспечивают большую часть артериального кровоснабжения первичной двигательной коры .
Медиальная часть (области ног) кровоснабжается ветвями передней мозговой артерии .
В первичной моторной коре имеется широкое представительство различных частей тела в расположении, называемом моторным гомункулусом (лат. motor homunculus: маленький человек ). [7] Область ног расположена близко к средней линии, во внутренних отделах моторной области, складывающихся в медиальную продольную щель . Боковая, выпуклая сторона первичной моторной коры расположена сверху вниз в областях, которые соответствуют ягодицам, туловищу, плечу, локтю, запястью, пальцам, большому пальцу, векам, губам и челюсти. Двигательная область руки и кисти является самой большой и занимает часть прецентральной извилины между областью ноги и лица.
Эти области не пропорциональны их размеру в теле, при этом губы, части лица и руки представлены особенно большими областями из-за сравнительного обогащения и плотности двигательных рецепторов в этих областях. После ампутации или паралича двигательные области могут смещаться, чтобы принять новые части тела.
Первичная моторная кора получает таламические входы от различных таламических ядер. Среди прочего:
- Вентральное латеральное ядро для мозжечковых афферентов
- Вентральное переднее ядро для афферентов базальных ганглиев
В первичной моторной коре приматов зафиксировано по крайней мере две модификации классического соматотопического порядка частей тела.
Во-первых, представление руки может быть организовано в виде ядра и окружения. В коре обезьяны пальцы руки представлены в области ядра на заднем крае первичной моторной коры. Эта область ядра окружена с трех сторон (с дорсальной, передней и вентральной сторон) представлением более проксимальных частей руки, включая локоть и плечо. [8] [9] У людей представление пальца окружено дорсально, спереди и вентрально представлением запястья. [10]
Вторая модификация классического соматотопического упорядочения частей тела — это двойное представление пальцев и запястья, изучаемое в основном в двигательной коре человека. Одно представление лежит в задней области, называемой областью 4p, а другое — в передней области, называемой областью 4a. Задняя область может быть активирована вниманием без какой-либо сенсорной обратной связи и, как предполагается, важна для инициирования движений, в то время как передняя область зависит от сенсорной обратной связи. [11] Она также может быть активирована воображаемыми движениями пальцев [12] и прослушиванием речи без совершения реальных движений. Эта передняя область представления, как предполагается, важна для выполнения движений, включающих сложные сенсомоторные взаимодействия. [13] Возможно, что область 4a у людей соответствует некоторым частям каудальной премоторной коры, как описано в коре обезьяны.
В 2009 году было сообщено, что существуют две эволюционно различные области: старая на внешней поверхности и новая, обнаруженная в расщелине. Старая соединяется со спинальными двигательными нейронами через интернейроны в спинном мозге. Новая, обнаруженная только у обезьян и человекообразных обезьян, соединяется напрямую со спинальными двигательными нейронами. [14] Прямые связи формируются после рождения, доминируют над непрямыми связями и более гибки в цепях, которые они могут развивать, что позволяет постнатально обучаться сложным мелким моторным навыкам. «Появление «новой» области M1 в ходе эволюции линии приматов, вероятно, было важным для улучшения ловкости рук человека». [15]
Определенные заблуждения относительно первичной моторной коры распространены во вторичных обзорах, учебниках и популярных материалах. Три из наиболее распространенных заблуждений перечислены здесь.
Одно из самых распространенных заблуждений о первичной моторной коре заключается в том, что карта тела четко разделена. Однако это не карта отдельных мышц или даже отдельных частей тела. Карта содержит значительное перекрытие. Это перекрытие увеличивается в более передних областях первичной моторной коры. Одной из главных целей в истории работы над моторной корой было определить, насколько различные части тела перекрываются или разделены в моторной коре. Исследователи, которые занимались этим вопросом, обнаружили, что карта кисти, руки и плеча содержала обширное перекрытие. [7] [9] [10] [16] [17] [18] [19] [20] Исследования, которые отображают точную функциональную связь от корковых нейронов к мышцам, показывают, что даже один нейрон в первичной моторной коре может влиять на активность многих мышц, связанных со многими суставами. [16] В экспериментах на кошках и обезьянах, по мере того как животные осваивают сложные, скоординированные движения, карта в первичной моторной коре становится более перекрывающейся, очевидно, обучаясь интегрировать контроль многих мышц. [21] [22] У обезьян, когда электрическая стимуляция применяется к моторной коре в поведенческой шкале времени, она вызывает сложные, высокоинтегрированные движения, такие как тянуться рукой, сформированной для хватания, или подносить руку ко рту и открывать рот. [23] [24] Этот тип доказательств предполагает, что первичная моторная кора, хотя и содержит грубую карту тела, может участвовать в интеграции мышц осмысленными способами, а не в разделении контроля отдельных групп мышц. Было высказано предположение, что более глубоким принципом организации может быть карта статистических корреляций в поведенческом репертуаре, а не карта частей тела. [24] [25] В той степени, в которой репертуар движений частично распадается на действия отдельных частей тела, карта содержит грубую и перекрывающуюся компоновку тела.
Термин «M1» и термин «первичная моторная кора» часто используются взаимозаменяемо. Однако они происходят из разных исторических традиций и относятся к разным отделам коры. Некоторые ученые предположили, что моторную кору можно разделить на первичную моторную полосу, которая находится ближе кзади, и латеральную премоторную полосу, которая находится ближе кпереди. Среди ранних исследователей, которые изначально предложили эту точку зрения, были Кэмпбелл [26] , Фогт и Фогт [27] , Фоерстер [28] и Фултон. [29] Другие предположили, что моторную кору нельзя разделить таким образом. Вместо этого, согласно этой второй точке зрения, так называемые первичная моторная и латеральная премоторная полоски вместе составляли одну корковую область, называемую M1. Вторая моторная область на медиальной стенке полушария была названа M2 или дополнительной моторной областью . Сторонниками этой точки зрения были Пенфилд [7] и Вулси. [30] Сегодня различие между первичной моторной корой и латеральной премоторной корой является общепринятым. Однако термин M1 иногда ошибочно используется для обозначения первичной моторной коры. Строго говоря, M1 относится к единой карте, которая, по мнению некоторых предыдущих исследователей, охватывала как первичную моторную, так и латеральную премоторную кору.
Клетки Беца , или гигантские пирамидальные клетки в первичной моторной коре, иногда ошибочно принимают за единственный или главный выход из коры в спинной мозг. Эта ошибка стара, она датируется, по крайней мере, 1905 годом, Кэмпбеллом. [26] Тем не менее, клетки Беца составляют всего около 2-3% нейронов, которые проецируются из коры в спинной мозг, [2] и только около 10% нейронов, которые проецируются конкретно из первичной моторной коры в спинной мозг. [1] Ряд областей коры, включая премоторную кору , дополнительную моторную область и даже первичную соматосенсорную кору, проецируются в спинной мозг. Даже когда клетки Беца повреждены, кора все еще может взаимодействовать с подкорковыми моторными структурами и контролировать движение. Если первичная моторная кора с ее клетками Беца повреждена, возникает временный паралич, и другие области коры, очевидно, могут взять на себя часть утраченной функции.
Повреждения прецентральной извилины приводят к параличу контралатеральной стороны тела ( паралич лицевого нерва , монопарез руки/ноги , гемипарез ) — см. верхний двигательный нейрон .
Эвартс [31] предположил, что каждый нейрон в двигательной коре вносит вклад в силу в мышце. Когда нейрон становится активным, он посылает сигнал в спинной мозг, сигнал передается на двигательный нейрон, двигательный нейрон посылает сигнал мышце, и мышца сокращается. Чем больше активность в нейроне двигательной коры, тем больше мышечная сила.
Георгопулос и коллеги [32] [33] [34] предположили, что мышечная сила сама по себе была слишком простым описанием. Они обучили обезьян тянуться в разных направлениях и отслеживали активность нейронов в двигательной коре. Они обнаружили, что каждый нейрон в двигательной коре был максимально активен во время определенного направления досягаемости и хуже реагировал на соседние направления досягаемости. На этом основании они предположили, что нейроны в двигательной коре, «голосуя» или объединяя свои влияния в « код популяции », могли точно указывать направление досягаемости.
Предложение о том, что нейроны моторной коры кодируют направление досягаемости, стало спорным. Скотт и Каласка [35] показали, что каждый нейрон моторной коры лучше коррелирует с деталями движения суставов и мышечной силой, чем с направлением досягаемости. Шварц и коллеги [36] показали, что нейроны моторной коры хорошо коррелируют со скоростью руки. Стрик и коллеги [37] обнаружили, что некоторые нейроны моторной коры активны в связи с мышечной силой, а некоторые — с пространственным направлением движения. Тодоров [38] предположил, что множество различных корреляций являются результатом мышечного контроллера, в котором многие параметры движения коррелируют с мышечной силой.
Код, с помощью которого нейроны двигательной коры приматов управляют спинным мозгом и, следовательно, движением, остается предметом споров.
Определенный прогресс в понимании того, как двигательная кора вызывает движение, также был достигнут в модели грызунов. Двигательная кора грызунов, как и двигательная кора обезьян, может содержать подрегионы, которые подчеркивают различные общие типы действий. [39] [40] Например, один регион, по-видимому, подчеркивает ритмический контроль взмахов . [39] [41] [42] Нейроны в этом регионе проецируются в определенное подкорковое ядро, в котором генератор паттернов координирует циклический ритм вибрисс. Это ядро затем проецируется в мышцы, которые контролируют вибриссы.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )