Neurophysiological study of the perception of biological motion

Abstract

We have previously demonstrated that the forelimb representations of the primary motor and somatosensory cortices as well as several premotor and parietal areas are activated by both action execution and action-observation, indicating that the spectator mentally simulates the observed action. Moreover, several studies demonstrated repeatedly that corticospinal excitability is modulated during action observation, providing evidence of an activation of the observer's motor system. However, evidence for the involvement of the spinal cord in action observation is controversial. The aim of the present study was to explore whether and how action observation affects the spinal cord. To this end we analyzed the spinal cord of 8 monkeys (Macaca mulatta) trained to either execute reaching to-grasp movements or observe the experimenter performing the same movements. Observation of grasping induced a bilateral decrease of glucose consumption in the spinal forelimb representation, whereas execution of grasping induced an increase of glucose utilization in the same area, ipsilaterally to the grasping hand. The depression of overall activity in the cervical enlargement of the spinal cord for action observation may explain the suppression of overt movements, despite the activation of the observer's motor system.

Πρόσφατες μελέτες νευροαπεικόνισης στον πίθηκο Rhesus (Macaca mullata), με την ποσοτική αυτοραδιογραφική μέθοδο της ραδιενεργού δεοξυγλυκόζης (2 δεοξυ-D [¹⁴C] γλυκόζης 2-DG) κατέδειξαν ότι σχεδόν οι ίδιες σωματαισθητικές κινητικές και συνειρμικές μετωπιαίο-βρεγματο-ινιακές περιοχές του φλοιού των εγκεφαλικών ημισφαίριων ενεργοποιούνται τόσο κατά την παρατήρηση όσο και κατά την εκτέλεση κινήσεων σύλληψης με την άκρα χείρα. Τα δεδομένα αυτά υποδεικνύουν ότι για να κατανοήσουμε μια πράξη που εκτελείται από κάποιο άλλο υποκείμενο προσομοιάζουμε αυτή την πράξη, επαναλαμβάνοντας την νοερά. Μελέτες διακρανιακού μαγνητικού ερεθισμού (TMS) έδειξαν ότι η διεγερσιμότητα της φλοιονωτιαίας οδού του παρατηρητή τροποποιείται κατά την παρατήρηση κινήσεων που εκτελούνται από άλλους. Τα βιβλιογραφικά δεδομένα για τη συμμέτοχη του νωτιαίου μυελού στο φαινόμενο αυτό είναι αντικρουόμενα. Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν να ελέγξουμε, αν και σε ποιο βαθμό η παρατήρηση κινήσεων επηρεάζει τη λειτουργική δραστηριότητα στο νωτιαίο μυελό. Για το σκοπό αυτό αναλύσαμε την περιοχή αντιπροσώπευσης του άνω άκρου (αυχενικό όγκωμα) του νωτιαίου μυελού πίθηκων Rhesus (Macaca mullata) που εκτελούσαν (εκτέλεση κινήσεων σύλληψης- Ε) ή παρατηρούσαν (παρατήρηση κινήσεων σύλληψης- Ο) κινήσεις σύλληψης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η περιοχή του αυχενικού ογκώματος, στην οποία αντιπροσωπεύεται το άνω άκρο, παρουσιάζει κατά την παρατήρηση κινήσεων σύλληψης, αμφοτερόπλευρη μείωση της κατανάλωσης γλυκόζης σε σχέση με τον μάρτυρα της βιολογικής κίνησης. Αντίθετα, κατά την εκτέλεση κινήσεων σύλληψης η ίδια περιοχή παρουσιάζει αύξηση της κατανάλωσης γλυκόζης, ομόπλευρα του κινουμένου άκρου όπως ήταν αναμενόμενο. Το εύρημα αυτό υποδεικνύει ότι ο νωτιαίος μυελός είναι μια από τις δομές που συμμετέχουν στην αναστολή της κινητικής εντολής στον παρατηρητή κατά τη θέαση κίνησης άλλου υποκείμενου. Προτείνουμε ότι η ενεργοποίηση που παρατηρήθηκε ομόπλευρα του κινουμένου άνω άκρου κατά την εκτέλεση κινήσεων σύλληψης διαμεσολαβείτε από διεγερτικές φλοιονωτιαίες προβολές από τον πρωτοταγή κινητικό φλοιό. Η αμφίπλευρη μεταβολική μείωση που παρατηρήθηκε κατά την παρατήρηση κινήσεων σύλληψης πιθανόν αντικατοπτρίζει το καθαρό αποτέλεσμα κατερχομένων διεγερτικών προβολών από τον πρωτοταγή κινητικό φλοιό και ανασταλτικών προβολών από τον προκινητικό φλοιό οι οποίες είτε άμεσα, είτε μέσω του εγκεφαλικού στελέχους επηρεάζουν τη δραστηριότητα των ενδονευρώνων του νωτιαίου μυελού. Συμπερασματικά, η μείωση της μεταβολικής δραστηριότητας στην περιοχή του αυχενικού ογκώματος του νωτιαίου μυελού, κατά την παρατήρηση κινήσεων σύλληψης εξηγεί την απουσία μυϊκής δραστηριότητας και κίνησης του άνω άκρου του παρατηρητή πάρα την ενεργοποίηση της περιοχής εκπροσώπησης του άνω άκρου στον πρωτοταγή κινητικό φλοιό.