Интеграция вестибулярного, зрительного и проприоцептивного входов в коре головного мозга при управлении движениями

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведенный обзор литературных данных посвящен интеграции вестибулярного, зрительного и проприоцептивного входов в различных областях коры мозга у человека и обезьян во время управления движениями. Несмотря на обилие исследований многочисленных областей коры, имеющих вестибулярные и сенсомоторные входы, их функции и связи недостаточно изучены и понятны. В обзоре приведен относительно подробный анализ данных недавних исследований трех областей коры, участвующих в управлении движениями: области 7а задней париетальной коры, в которой ответы на комбинированный зрительно-вестибулярный стимул имели тенденцию к доминированию вестибулярного входа над зрительным; зрительной области поясной борозды, которая предположительно интегрирует не только зрительные и вестибулярные афферентные сигналы, но и проприоцептивные сигналы от нижних конечностей, благодаря чему обеспечивает взаимодействие между сенсорной и моторной системами во время локомоции; и области верхней теменной дольки, в которой взаимодействуют зрительный и соматический входы, позволяя управлять поведением во время движения рукой для достижения и захвата цели. Сделан вывод о необходимости сочетания в будущих исследованиях сложных естественных задач с нормативными моделями поведения для понимания того, как мозг преобразует сенсорные входные данные в поведенческий формат.

Об авторах

А. М. Бадаква

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Email: nvmiller@mail.ru
Россия, Москва

Н. В. Миллер

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nvmiller@mail.ru
Россия, Москва

Л. Н. Зобова

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Email: nvmiller@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Feldman A.G., Zhang L. Eye and head movements and vestibulo-ocular reflex in the context of indirect, referent control of motor actions // J. Neurophysiol. 2020. V. 124. № 1. P. 115.
  2. Smith A.T., Greenlee M.W., DeAngelis G.C., Angelaki D.E. Distributed visual–vestibular processing in the cerebral cortex of man and macaque // Multisens. Res. 2017. V. 30. № 2. P. 91.
  3. Chen A., DeAngelis G.C., Angelaki D.E. A comparison of vestibular spatiotemporal tuning in macaque parietoinsular vestibular cortex, ventral intraparietal area, and medial superior temporal area // J. Neurosci. 2011. V. 31. № 8. P. 3082.
  4. Avila E., Lakshminarasimhan K.J., DeAngelis G.C., Angelaki D.E. Visual and vestibular selectivity for self-motion in macaque posterior parietal area 7a // Cerebr. Cortex. 2019. V. 29. № 9. P. 3932.
  5. Smith A.T. Cortical visual area CSv as a cingulate motor area: a sensorimotor interface for the control of locomotion // Brain Struct. Funct. 2021. V. 226. № 9. P. 2931.
  6. Gamberini M., Passarelli L., Filippini M. et al. Vision for action: thalamic and cortical inputs to the macaque superior parietal lobule // Brain Struct. Funct. 2021. V. 226. № 9. P. 2951.
  7. Wilber A.A., Skelin I., Wu W., McNaughton B.L. Laminar organization of encoding and memory reactivation in the parietal cortex // Neuron. 2017. V. 95. № 6. P. 1406.e5.
  8. Kondo H., Saleem K.S., Price J.L. Differential connections of the perirhinal and parahippocampal cortex with the orbital and medial prefrontal networks in macaque monkeys // J. Comp. Neurol. 2005. V. 493. № 4. P. 479.
  9. Barrow C.J., Latto R. The role of inferior parietal cortex and fornix in route following and topograhic orientation in cynomolgus monkeys // Behav. Brain Res. 1996. V. 75. № 1–2. P. 99.
  10. Raffi M., Siegel R.M. A functional architecture of optic flow in the inferior parietal lobule of the behaving monkey // PLoS One. 2007. V. 2. № 2. P. e200.
  11. Pouget A., Sejnowski T.J. Spatial transformations in the parietal cortex using basis functions // J. Cogn. Neurosci. 1997. V. 9. № 2. P. 222.
  12. Rozzi S., Calzavara R., Belmalih A. et al. Cortical connections of the inferior parietal cortical convexity of the macaque monkey // Cereb. Cortex. 2006. V. 16. № 10. P. 1389.
  13. Snyder L.H., Grieve K.L., Brotchie P., Andersen R.A. Separate body-and world-referenced representations of visual space in parietal cortex // Nature. 1998. V. 394. № 6696. P. 887.
  14. Britten K.H. Mechanisms of self-motion perception // Annu. Rev. Neurosci. 2008. V. 31. P. 389.
  15. Chen A., DeAngelis G.C., Angelaki D.E. Functional specializations of the ventral intraparietal area for multisensory heading discrimination // J. Neurosci. 2013. V. 33. № 8. P. 3567.
  16. Medendorp W.P., Heed T. State estimation in posterior parietal cortex: Distinct poles of environmental and bodily states // Prog. Neurobiol. 2019. V. 183. P. 101691.
  17. Dukelow S.P., DeSouza J.F.X., Culham J.C. et al. Distinguishing subregions of the human MT+ complex using visual fields and pursuit eye movements // J. Neurophysiol. 2001. V. 86. № 4. P. 1991.
  18. Wall M.B., Smith A.T. The representation of egomotion in the human brain // Cur. Biol. 2008. V. 18. № 3. P. 191.
  19. Antal A., Baudewig J., Paulus W., Dechent P. The posterior cingulate cortex and planum temporale/parietal operculum are activated by coherent visual motion // Vis. Neurosci. 2008. V. 25. № 1. P. 17.
  20. Wada A., Sakano Y., Ando H. Differential responses to a visual self-motion signal in human medial cortical regions revealed by wide-view stimulation // Front. Psychol. 2016. V. 7. P. 309.
  21. Pitzalis S., Serra C., Sulpizio V.C. et al. Neural bases of self-and object-motion in a naturalistic vision // Hum. Brain Map. 2020. V. 41. № 4. P. 1084.
  22. Smith A.T., Beer A.L., Furlan M., Mars R.B. Connectivity of the cingulate sulcus visual area (CSv) in the human cerebral cortex // Cereb. Cortex. 2018. V. 28. № 2. P. 713.
  23. Cottereau B.R., Smith A.T., Rima S. et al. Processing of egomotion-consistent optic flow in the rhesus macaque cortex // Cereb. Cortex. 2017. V. 27. № 1. P. 330.
  24. Picard N., Strick P.L. Imaging the premotor areas // Cur. Opin. Neurobiol. 2001. V. 11. № 6. P. 663.
  25. Fetsch C.R., DeAngelis G.C., Angelaki D.E. Bridging the gap between theories of sensory cue integration and the physiology of multisensory neurons // Nat. Rev. Neurosci. 2013. V. 14. № 6. P. 429.
  26. Habas C. Functional connectivity of the human rostral and caudal cingulate motor areas in the brain resting state at 3T // Neuroradiol. 2010. V. 52. № 1. P. 47.
  27. Serra C., Galletti C., Di Marco S. et al. Egomotion-related visual areas respond to active leg movements // Hum. Brain Map. 2019. V. 40. № 11. P. 3174.
  28. Graziano M.S.A., Cooke D.F., Taylor C.S.R. Coding the location of the arm by sight // Science. 2000. V. 290. № 5497. P. 1782.
  29. Galletti C., Fattori P. The dorsal visual stream revisited: stable circuits or dynamic pathways? // Cortex. 2018. V. 98. P. 203.
  30. Galletti C., Fattori P., Gamberini M., Kutz D.F. The cortical visual area V6: brain location and visual topography // Eur. J. Neurosci. 1999. V. 11. № 11. P. 3922.
  31. Gamberini M., Dal B.G., Breveglieri R. et al. Sensory properties of the caudal aspect of the macaque’s superior parietal lobule // Brain Struct. Funct. 2018. V. 223. № 4. P. 1863.
  32. De Vitis M., Breveglieri R., Hadjidimitrakis K. et al. The neglected medial part of macaque area PE: segregated processing of reach depth and direction // Brain Struct. Funct. 2019. V. 224. № 7. P. 2537.
  33. Galletti C., Fattori P. Neuronal mechanisms for detection of motion in the field of view // Neuropsychologia. 2003. V. 41. № 13. P. 1717.
  34. Gamberini M., Passarelli L., Fattori P., Galletti C. Structural connectivity and functional properties of the macaque superior parietal lobule // Brain Struct. Funct. 2020. V. 225. № 4. P. 1349.
  35. Fattori P., Breveglieri R., Bosco A. et al. Vision for prehension in the medial parietal cortex // Cereb. Cortex. 2017. V. 27. № 2. P. 1149.
  36. Pitzalis S., Hadj-Bouziane F., Dal Bò G. et al. Optic flow selectivity in the macaque parieto-occipital sulcus // Brain Struct. Funct. 2021. V. 226. № 9. P. 2911.
  37. Di Marco S., Fattori P., Galati G. et al. Preference for locomotion-compatible curved paths and forward direction of self-motion in somatomotor and visual areas // Cortex. 2021. V. 137. P. 74.
  38. Hadjidimitrakis K., Bertozzi F., Breveglieri R. et al. Temporal stability of reference frames in monkey area V6A during a reaching task in 3D space // Brain Struct. Funct. 2017. V. 222. № 4. P. 1959.
  39. Diomedi S., Vaccari F.E., Filippini M. et al. Mixed selectivity in macaque medial parietal cortex during eye-hand reaching // iScience. 2020. V. 23. № 10. P. 101616.
  40. Pitzalis S., Serra C., Sulpizio V. et al. A putative human homologue of the macaque area PEc // Neuroimage. 2019. V. 202. P. 116092.
  41. Rathelot J.A., Dum R.P., Strick P.L. Posterior parietal cortex contains a command apparatus for hand movements // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2017. V. 114. № 16. P. 4255.
  42. Passarelli L., Gamberini M., Fattori P. The superior parietal lobule of primates: A sensory-motor hub for interaction with the environment // J. Integr. Neurosci. 2021. V. 20. № 1. P. 157.
  43. Cullen K.E. Vestibular processing during natural self-motion: implications for perception and action // Nat. Rev. Neurosci. 2019. V. 20. № 6. P. 346.
  44. Lakshminarasimhan K.J., Pouget A., DeAngelis G.C. et al. Inferring decoding strategies for multiple correlated neural populations // PLoS Comput. Biol. 2018. V. 14. № 9. P. e1006371.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© А.М. Бадаква, Н.В. Миллер, Л.Н. Зобова, 2023