Acoplamento sensório-motor - Sensory-motor coupling

O acoplamento sensório-motor é o acoplamento ou integração do sistema sensorial e do sistema motor . A integração sensorimotor não é um processo estático. Para um determinado estímulo , não existe um único comando motor. "As respostas neurais em quase todos os estágios de uma via sensório-motora são modificadas em escalas de tempo curtas e longas por processos biofísicos e sinápticos , conexões recorrentes e de feedback e aprendizagem , bem como muitas outras variáveis ​​internas e externas".

Visão geral

A integração dos sistemas sensoriais e motores permite que um animal pegue informações sensoriais e as use para fazer ações motoras úteis. Além disso, as saídas do sistema motor podem ser usadas para modificar a resposta do sistema sensorial a estímulos futuros. Para ser útil, é necessário que a integração sensório-motora seja um processo flexível , pois as propriedades do mundo e de nós mesmos mudam com o tempo. A integração sensório-motora flexível permitiria a um animal a capacidade de corrigir erros e ser útil em várias situações. Para produzir a flexibilidade desejada, é provável que os sistemas nervosos empreguem o uso de modelos internos e cópias de eferência .

Transforme as coordenadas sensoriais em coordenadas motoras

Antes do movimento, o estado sensorial atual de um animal é usado para gerar um comando motor. Para gerar um comando motor, primeiro, o estado sensorial atual é comparado ao estado desejado ou de destino. Então, o sistema nervoso transforma as coordenadas sensoriais em coordenadas do sistema motor, e o sistema motor gera os comandos necessários para mover os músculos de forma que o estado alvo seja alcançado.

Efference copy

Um aspecto importante da integração sensório-motora é a cópia de eferência. A cópia de eferência é uma cópia de um comando motor usado em modelos internos para prever qual será o novo estado sensorial após a conclusão do comando motor. A cópia de eferência pode ser usada pelo sistema nervoso para distinguir mudanças ambientais autogeradas, comparar uma resposta esperada com o que realmente ocorre no ambiente e para aumentar a taxa na qual um comando pode ser emitido prevendo o estado de um organismo antes de receber entrada sensorial.

Modelo interno

Um modelo interno é um modelo teórico usado por um sistema nervoso para prever as mudanças ambientais que resultam de uma ação motora. O pressuposto é que o sistema nervoso tem uma representação interna de como um aparelho motor, a parte do corpo que será movida, se comporta em um ambiente. Os modelos internos podem ser classificados como modelo direto ou modelo inverso.

Modelo avançado

Esta figura mostra um exemplo de combinação de um modelo direto e um modelo inverso. Aqui, a entrada de referência é o estado sensorial alvo que o controlador (modelo inverso) usará para calcular um comando do motor. A planta ( unidade motora ) executa o comando motor que resulta em um novo estado sensorial. Este novo estado sensorial pode ser comparado ao estado previsto pelo modelo direto para obter um sinal de erro. Este sinal de erro pode ser usado para corrigir o modelo interno ou o movimento atual.

Um modelo direto é um modelo usado pelo sistema nervoso para prever o novo estado do aparelho motor e os estímulos sensoriais que resultam de um movimento. O modelo direto leva a cópia de eferência como uma entrada e produz as mudanças sensoriais esperadas. Os modelos avançados oferecem várias vantagens a um organismo.

Vantagens:

  • O estado futuro estimado pode ser usado para coordenar o movimento antes que o feedback sensorial seja retornado.
  • A saída de um modelo direto pode ser usada para diferenciar entre estímulos autogerados e estímulos não autogerados.
  • O feedback sensorial estimado pode ser usado para alterar a percepção de um animal relacionada ao movimento autogerado.
  • A diferença entre o estado sensorial esperado e o feedback sensorial pode ser usada para corrigir erros de movimento e do modelo.

Modelo inverso

Um modelo inverso se comporta de forma oposta a um modelo direto. Os modelos inversos são usados ​​pelos sistemas nervosos para estimar o comando motor que causou uma mudança nas informações sensoriais ou para determinar o comando motor que alcançará o estado-alvo.

Exemplos

Estabilização do olhar

Durante o vôo, é importante para a mosca manter o olhar nivelado; entretanto, é possível que uma mosca gire. A rotação é detectada visualmente como uma rotação do ambiente denominado fluxo óptico . A entrada do fluxo óptico é então convertida em um comando motor para os músculos do pescoço da mosca, de modo que a mosca mantenha um olhar nivelado. Este reflexo é diminuído em uma mosca estacionária em comparação com quando ela está voando ou caminhando.

Grilos cantando

Grilos machos cantam esfregando as asas anteriores. Os sons produzidos são altos o suficiente para reduzir a resposta do sistema auditivo do grilo a outros sons. Essa dessensibilização é causada pela hiperpolarização do neurônio Ômega 1 (ON1), um interneurônio auditivo , devido à ativação por estimulação auditiva. Para reduzir a autossensibilização, o gerador de padrão central torácico do grilo envia ao sistema auditivo uma descarga corolária , uma cópia de eferência usada para inibir a resposta de um organismo a estímulos autogerados. A descarga corolária é usada para inibir a resposta do sistema auditivo à própria canção do grilo e prevenir a dessensibilização. Essa inibição permite que o grilo permaneça responsivo a sons externos, como a canção de um macho competidor.

Fala

A integração sensório-motora está envolvida no desenvolvimento , produção e percepção da fala .

Desenvolvimento da fala

Dois elementos-chave do desenvolvimento da fala são balbuciar e audição . Acredita-se que a vinculação de uma ação motora a um som ouvido seja aprendida. Uma razão para isso é que bebês surdos não balbuciam canonicamente. Outra é que a percepção de um bebê é afetada por seu balbucio. Um modelo de desenvolvimento da fala propõe que os sons produzidos pelo balbucio sejam comparados aos sons produzidos na linguagem usada ao redor do bebê e que a associação de um comando motor a um som seja aprendida.

Produção de fala

A audição desempenha um papel crítico na produção e manutenção da fala. Por exemplo, as pessoas que apresentam surdez de início na idade adulta tornam-se menos capazes de produzir uma fala precisa. Esse declínio ocorre porque eles não têm feedback auditivo. Outro exemplo é a aquisição de um novo sotaque por morar em uma área com um sotaque diferente. Essas mudanças podem ser explicadas por meio do uso de um modelo avançado.

Neste modelo avançado, o córtex motor envia um comando motor ao trato vocal e uma cópia de eferência ao modelo interno do trato vocal. O modelo interno prevê quais sons serão produzidos. Esta previsão é usada para verificar se o comando motor produzirá o som de gol para que as correções possam ser feitas. A estimativa do modelo interno também é comparada ao som produzido para gerar uma estimativa de erro. A estimativa de erro é usada para corrigir o modelo interno. O modelo interno atualizado será então usado para gerar comandos motores futuros.

Percepção de fala

A integração sensório-motora não é crítica para a percepção da fala; no entanto, ele executa uma função modulatória. Isso é corroborado pelo fato de que as pessoas com produção da fala prejudicada ou sem a capacidade de falar ainda são capazes de perceber a fala. Além disso, experimentos em que áreas motoras relacionadas à fala foram estimuladas alteraram, mas não impediram a percepção da fala.

Paciente RW

O paciente RW era um homem que sofreu danos nos lobos parietal e occipital , áreas do cérebro relacionadas ao processamento de informações visuais , devido a um acidente vascular cerebral . Como resultado do derrame, ele sentiu vertigem ao tentar rastrear um objeto em movimento com os olhos. A vertigem foi causada por seu cérebro interpretando o mundo como se movendo. Em pessoas normais, o mundo não é percebido como se movendo ao rastrear um objeto, apesar do fato de que a imagem do mundo se move através da retina conforme o olho se move. A razão para isso é que o cérebro prevê o movimento do mundo através da retina como consequência do movimento dos olhos. RW, no entanto, não foi capaz de fazer essa previsão.

Desordens

Parkinson

Pacientes com doença de Parkinson freqüentemente apresentam sintomas de bradicinesia e hipometria . Esses pacientes são mais dependentes de pistas externas do que propriocepção e cinestesia quando comparados a outras pessoas. Na verdade, estudos usando vibrações externas para criar erros proprioceptivos no movimento mostram que os pacientes com Parkinson têm um desempenho melhor do que as pessoas saudáveis. Os pacientes também mostraram subestimar o movimento do membro quando este foi movido pelos pesquisadores. Além disso, estudos sobre potenciais evocados somatossensoriais têm evidenciado que os problemas motores estão provavelmente relacionados a uma incapacidade de processar adequadamente a informação sensorial e não na geração da informação.

Huntington's

Os pacientes de Huntington costumam ter problemas com o controle motor . Tanto em modelos quinolínicos quanto em pacientes, foi demonstrado que as pessoas com doença de Huntington apresentam estímulos sensoriais anormais. Além disso, os pacientes demonstraram ter uma diminuição na inibição do reflexo do sobressalto . Esta diminuição indica um problema com a integração sensório-motora adequada. Os “vários problemas na integração das informações sensoriais explicam por que os pacientes com HD são incapazes de controlar os movimentos voluntários com precisão”.

Distonia

A distonia é outro distúrbio motor que apresenta anormalidades na integração sensório-motora. Existem várias evidências que indicam que a distonia focal está relacionada à ligação ou processamento impróprio de informações sensoriais aferentes nas regiões motoras do cérebro. Por exemplo, a distonia pode ser parcialmente aliviada com o uso de um truque sensorial . Um truque sensorial é a aplicação de um estímulo em uma área próxima ao local afetado pela distonia que proporciona alívio. Estudos de tomografia por emissão de pósitrons mostraram que a atividade tanto na área motora suplementar quanto no córtex motor primário é reduzida pelo truque sensorial. Mais pesquisas são necessárias sobre a disfunção de integração sensório-motora no que se refere à distonia não focal.

Síndrome da perna inquieta

A síndrome das pernas inquietas (SPI) é uma doença sensório-motora. Pessoas com RLS são atormentadas por sensações de desconforto e necessidade de mover as pernas. Esses sintomas ocorrem com mais freqüência em repouso. A pesquisa mostrou que o córtex motor aumentou a excitabilidade em pacientes com RLS em comparação com pessoas saudáveis. Os potenciais evocados somatossensoriais da estimulação do nervo posterior e do nervo mediano são normais. Os SEPs normais indicam que o RLS está relacionado à integração sensoriomotora anormal. Em 2010, Vincenzo Rizzo et al. forneceram evidências de que os portadores de SPI têm inibição aferente de latência curta (SAI) inferior ao normal, inibição do córtex motor por sinais sensoriais aferentes. A diminuição do SAI indica a presença de integração sensório-motora anormal em pacientes com RLS.

Veja também

Referências