Accoppiamento sensomotorio: cos’è, accoppiamento o l’integrazione del sistema

L’accoppiamento sensomotorio è l’accoppiamento o l’integrazione del sistema sensoriale e del sistema motorio . L’integrazione sensomotoria non è un processo statico. Per un dato stimolo non esiste un unico comando motorio. “Le risposte neurali in quasi ogni fase di un percorso sensomotorio sono modificate su scale temporali brevi e lunghe da processi biofisici e sinaptici , connessioniricorrenti e di feedback e apprendimento , così come molte altre variabili interne ed esterne”.

Panoramica

L’integrazione dei sistemi sensoriali e motori consente a un animale di acquisire informazioni sensoriali e utilizzarle per compiere azioni motorie utili. Inoltre, le uscite del sistema motorio possono essere utilizzate per modificare la risposta del sistema sensoriale a stimoli futuri. Per essere utile è necessario che l’integrazione senso-motoria sia un processo flessibile perché le proprietà del mondo e di noi stessi cambiano nel tempo. L’integrazione sensomotoria flessibile consentebbe a un animale di correggere gli errori e di essere utile in più situazioni. Per produrre la flessibilità desiderata è probabile che i sistemi nervosi impieghino l’uso di modelli interni ecopia di efferenza .

Trasforma le coordinate sensoriali in coordinate motorie

Prima del movimento, l’attuale stato sensoriale di un animale viene utilizzato per generare un comando motorio. Per generare un comando motorio, in primo luogo, lo stato sensoriale corrente viene confrontato con lo stato desiderato o target. Quindi, il sistema nervoso trasforma le coordinate sensoriali nelle coordinate del sistema motorio, e il sistema motorio genera i comandi necessari per muovere i muscoli in modo da raggiungere lo stato target.

Copia di efferenza

Un aspetto importante dell’integrazione sensomotoria è la copia efferenziale. La copia efferenza è una copia di un comando motorio che viene utilizzato nei modelli interni per prevedere quale sarà il nuovo stato sensoriale dopo che il comando motorio è stato completato. La copia dell’efferenza può essere utilizzata dal sistema nervoso per distinguere i cambiamenti ambientali auto-generati, confrontare una risposta attesa con ciò che effettivamente accade nell’ambiente e per aumentare la velocità con cui un comando può essere emesso prevedendo lo stato di un organismo prima di ricevere input sensoriale.

Modello interno

Un modello interno è un modello teorico utilizzato da un sistema nervoso per prevedere i cambiamenti ambientali che derivano da un’azione motoria. Il presupposto è che il sistema nervoso abbia una rappresentazione interna di come un apparato motorio, la parte del corpo che verrà mossa, si comporta in un ambiente. I modelli interni possono essere classificati come modello forward o modello inverso.

Modello avanti

Questa figura mostra un esempio di combinazione di un modello forward e un modello inverso. Qui l’input di riferimento è lo stato sensoriale target che il controller (modello inverso) utilizzerà per calcolare un comando motorio. La pianta ( unità motoria ) esegue il comando motorio che si traduce in un nuovo stato sensoriale. Questo nuovo stato sensoriale può essere confrontato con lo stato previsto dal modello forward per ottenere un segnale di errore. Questo segnale di errore può essere utilizzato per correggere il modello interno o il movimento corrente.

Un modello in avanti è un modello utilizzato dal sistema nervoso per prevedere il nuovo stato dell’apparato motorio e gli stimoli sensoriali che derivano da un movimento. Il modello forward prende la copia dell’efferenza come input ed emette i cambiamenti sensoriali attesi. I modelli avanzati offrono diversi vantaggi a un organismo.

Vantaggi:

  • Lo stato futuro stimato può essere utilizzato per coordinare il movimento prima che venga restituito il feedback sensoriale.
  • L’output di un modello forward può essere utilizzato per distinguere tra stimoli autogenerati e stimoli non autogenerati.
  • Il feedback sensoriale stimato può essere utilizzato per alterare la percezione di un animale relativa al movimento autogenerato.
  • La differenza tra lo stato sensoriale atteso e il feedback sensoriale può essere utilizzata per correggere gli errori di movimento e il modello.

Modello inverso

Un modello inverso si comporta in modo opposto rispetto a un modello forward. I modelli inversi vengono utilizzati dai sistemi nervosi per stimare il comando motorio che ha causato un cambiamento nelle informazioni sensoriali o per determinare il comando motorio che raggiungerà lo stato target.

Esempi

Stabilizzazione dello sguardo

Durante il volo, è importante che una mosca mantenga lo sguardo fisso; tuttavia, è possibile che una mosca ruoti. La rotazione viene rilevata visivamente come una rotazione dell’ambiente chiamata flusso ottico . L’input del flusso ottico viene quindi convertito in un comando motorio ai muscoli del collo della mosca in modo che la mosca mantenga uno sguardo orizzontale. Questo riflesso è diminuito in una mosca ferma rispetto a quando vola o cammina.

Grilli cantanti

I grilli maschi cantano sfregando le ali anteriori. I suoni prodotti sono abbastanza forti da ridurre la risposta del sistema uditivo del grillo ad altri suoni. Questa desensibilizzazione è causata dall’iperpolarizzazione del neurone Omega 1 (ON1), un interneurone uditivo , dovuta all’attivazione mediante stimolazione uditiva. Per ridurre l’auto-desensibilizzazione, il generatore di schemi centrali toracici del grillo invia una scarica corollaria, una copia dell’efferenza che viene utilizzata per inibire la risposta di un organismo agli stimoli autogenerati, al sistema uditivo. La scarica corollaria viene utilizzata per inibire la risposta del sistema uditivo al canto del grillo e prevenire la desensibilizzazione. Questa inibizione consente al grillo di rimanere reattivo ai suoni esterni come la canzone di un maschio in competizione.

Discorso

L’integrazione sensomotoria è coinvolta nello sviluppo , nella produzione e nella percezione del linguaggio .

Sviluppo del linguaggio

Due elementi chiave dello sviluppo del linguaggio sono il balbettio e l’audizione . Si pensa che il collegamento di un’azione motoria a un suono udito sia appreso. Uno dei motivi è che i bambini sordi non balbettano canonicamente. Un altro è che la percezione di un bambino è nota per essere influenzata dal suo balbettio. Un modello di sviluppo del linguaggio propone che i suoni prodotti dal balbettio vengano confrontati con i suoni prodotti nel linguaggio usato intorno al bambino e che venga appresa l’associazione di un comando motorio a un suono.

Produzione del discorso

L’audizione svolge un ruolo fondamentale nella produzione e nel mantenimento della parola. Ad esempio, le persone che soffrono di sordità ad esordio in età adulta diventano meno capaci di produrre un discorso accurato. Questo declino è dovuto alla mancanza di feedback uditivo. Un altro esempio è l’acquisizione di un nuovo accento come risultato di vivere in una zona con un accento diverso. Questi cambiamenti possono essere spiegati attraverso l’uso di un modello in avanti.

In questo modello avanzato, la corteccia motoria invia un comando motorio al tratto vocale e una copia dell’efferenza al modello interno del tratto vocale. Il modello interno prevede quali suoni verranno prodotti. Questa previsione viene utilizzata per verificare che il comando del motore produca il suono del goal in modo da poter apportare correzioni. La stima del modello interno viene anche confrontata con il suono prodotto per generare una stima dell’errore. La stima dell’errore viene utilizzata per correggere il modello interno. Il modello interno aggiornato verrà quindi utilizzato per generare futuri comandi motori.

Percezione del parlato

L’integrazione sensomotoria non è fondamentale per la percezione del parlato; tuttavia, svolge una funzione modulatoria. Ciò è supportato dal fatto che le persone che hanno una produzione del linguaggio compromessa o non hanno la capacità di parlare sono ancora in grado di percepire il parlato. Inoltre, gli esperimenti in cui venivano stimolate aree motorie legate alla parola alteravano ma non impedivano la percezione della parola.

Paziente RW

Il paziente RW era un uomo che aveva subito danni ai lobi parietali e occipitali , aree del cervello legate all’elaborazione delle informazioni visive , a causa di un ictus . Come risultato del suo ictus, ha sperimentato le vertigini quando ha cercato di seguire un oggetto in movimento con gli occhi. La vertigine era causata dal suo cervello che interpretava il mondo come in movimento. Nelle persone normali, il mondo non è percepito come in movimento quando si insegue un oggetto nonostante il fatto che l’immagine del mondo si muova attraverso la retina mentre l’occhio si muove. La ragione di ciò è che il cervello prevede il movimento del mondo attraverso la retina come conseguenza del movimento degli occhi. RW, tuttavia, non è stato in grado di fare questa previsione.

Disturbi

Parkinson

I pazienti con malattia di Parkinson mostrano spesso sintomi di bradicinesia e ipometria . Questi pazienti dipendono maggiormente da segnali esterni piuttosto che dalla propriocezione e dalla cinestesia rispetto ad altre persone. In effetti, gli studi che utilizzano vibrazioni esterne per creare errori propriocettivi nel movimento mostrano che i malati di Parkinson hanno prestazioni migliori rispetto alle persone sane. È stato anche dimostrato che i pazienti sottovalutano il movimento dell’arto quando è stato spostato dai ricercatori. Inoltre, studi sui potenziali evocati somatosensoriali hanno evidenziato che i problemi motori sono probabilmente correlati all’incapacità di elaborare correttamente le informazioni sensoriali e non nella generazione delle informazioni.

di Huntington

I pazienti con Huntington hanno spesso problemi con il controllo motorio . Sia nei modelli chinolinici che nei pazienti, è stato dimostrato che le persone con Huntington hanno input sensoriali anormali. Inoltre, è stato dimostrato che i pazienti hanno una diminuzione dell’inibizione del riflesso di trasalimento . Questa diminuzione indica un problema con una corretta integrazione sensomotoria. I “vari problemi nell’integrazione delle informazioni sensoriali spiegano perché i pazienti con MH non sono in grado di controllare accuratamente i movimenti volontari “.

Distonia

La distonia è un altro disturbo motorio che presenta anomalie dell’integrazione sensomotoria. Ci sono più elementi di prova che indicano che la distonia focale è correlata al collegamento improprio o all’elaborazione di informazioni sensoriali afferenti nelle regioni motorie del cervello. Ad esempio, la distonia può essere parzialmente alleviata attraverso l’uso di un trucco sensoriale . Un trucco sensoriale è l’applicazione di uno stimolo a un’area vicina alla posizione interessata dalla distonia che fornisce sollievo. Studi di tomografia ad emissione di positroni hanno dimostrato che l’attività sia nell’area motoria supplementare che nella corteccia motoria primariasono ridotti dal trucco sensoriale. Sono necessarie ulteriori ricerche sulla disfunzione dell’integrazione sensomotoria in relazione alla distonia non focale.

Sindrome delle gambe senza riposo

La sindrome delle gambe senza riposo (RLS) è un disturbo sensomotorio. Le persone con RLS sono afflitte da sensazioni di disagio e dalla voglia di muoversi nelle gambe. Questi sintomi si verificano più frequentemente a riposo. La ricerca ha dimostrato che la corteccia motoria ha aumentato l’ eccitabilità nei pazienti con RLS rispetto alle persone sane. Potenziali evocati somatosensoriali dalla stimolazione sia del nervo posteriore che del nervo medianosono normali. I SEP normali indicano che la RLS è correlata all’integrazione sensomotoria anomala. Nel 2010, Vincenzo Rizzo et al. ha fornito la prova che i malati di RLS hanno un’inibizione afferente a breve latenza inferiore al normale (SAI), l’inibizione della corteccia motoria da segnali sensoriali afferenti. La diminuzione del SAI indica la presenza di un’anomala integrazione senso-motoria nei pazienti con RLS.


https://en.wikipedia.org/wiki/Sensory-motor_coupling

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