Устали? Дальнейшее исследование определяет области мозга, которые могут его контролировать

Устали? Дальнейшее исследование определяет области мозга, которые могут его контролировать

Ученые из Johns Hopkins Medicine, используя МРТ и компьютерное моделирование, говорят, что они дополнительно определили области человеческого мозга, которые регулируют усилия по борьбе с усталостью.

По их словам, полученные данные могут способствовать развитию поведенческих и других стратегий, которые увеличивают физическую работоспособность у здоровых людей, а также проливают свет на нервные механизмы, которые способствуют утомлению у людей с депрессией, рассеянным склерозом и инсультом.

Результаты исследования были опубликованы в Интернете 12 августа в журнале Nature Communications .

«Мы знаем физиологические процессы, связанные с утомлением, такие как накопление молочной кислоты в мышцах, но мы гораздо меньше знаем о том, как чувство усталости обрабатывается в мозгу и как наш мозг решает, сколько и каких усилий нужно приложить, чтобы преодолеть усталость », – говорит Викрам Чиб, доктор философии, доцент кафедры биомедицинской инженерии Медицинской школы Университета Джона Хопкинса и научный сотрудник Института Кеннеди Кригера.

По словам Чиба, знание областей мозга, которые контролируют выбор в отношении усилий по снижению утомляемости, может помочь ученым найти методы лечения, которые точно изменят этот выбор. «Возможно, для вашего мозга не идеально просто справляться с усталостью», – говорит Чиб. «Для мозга может быть более полезно более эффективно обрабатывать сигналы, которые он посылает».

Для исследования Чиб впервые разработал новый способ объективной количественной оценки того, как люди «чувствуют» усталость, что является сложной задачей, поскольку системы оценки могут варьироваться от человека к человеку. Врачи часто просят своих пациентов оценить их утомляемость по шкале от 1 до 7, но, как и шкалы боли, такие оценки субъективны и разнообразны.

Чтобы стандартизировать метрику утомляемости, Чиб попросил 20 участников исследования принять решения, основанные на оценке риска, при выполнении определенных физических усилий. Средний возраст участников составлял 24 года и составлял от 18 до 34 лет. Девять из 20 были женщинами.

Двадцати участникам было предложено схватить и сжать датчик после обучения их распознаванию шкалы усилий. Например, ноль равнялся отсутствию усилия, а 50 единиц усилия равнялись половине максимальной силы участника. Участники научились связывать единицы усилия с тем, сколько выжимать, что помогло стандартизировать уровень усилий среди людей.

Участники повторяли упражнения на хват из 17 блоков по 10 попыток каждое, пока не почувствовали усталость, затем им предлагали один из двух вариантов выполнения каждого усилия. Один был случайным («рискованным») выбором, основанным на подбрасывании монеты, дающим возможность не прилагать никаких усилий или с заранее определенным уровнем усилий. Другим выбором был заранее установленный уровень усилий. Внося неопределенность, исследователи выясняли, как каждый испытуемый оценивает свои усилия, – фактически, способ пролить свет на то, как их мозг и разум решают, сколько усилий нужно приложить.

В зависимости от того, выбрал ли участник рискованный вариант по сравнению с заранее определенным, исследователи использовали компьютеризированные программы, чтобы измерить, как участники думают о перспективе приложения определенных усилий, пока они утомлены.

«Неудивительно, что мы обнаружили, что люди, как правило, больше не склонны к риску – избегают – усилий», – говорит Чиб. Большинство участников (19 из 20) выбрали безрисковый выбор заранее определенного уровня усилий. Это означает, что, когда участники устали, они были менее склонны рисковать тем, что им приходилось прилагать большие усилия.

«Заранее определенная сумма должна была стать довольно высокой для участников, чтобы выбрать вариант подбрасывания монеты», – говорит Чиб.

Среди отдельной группы из 10 человек, обученных системе захвата, но не прошедших многочисленных утомительных испытаний, не было значительной тенденции к выбору рискованного подбрасывания монеты или определенных усилий.

Исследовательская группа Чиба также оценила активность мозга участников во время упражнений на захват с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), которая отслеживает кровоток в головном мозге и показывает, какие нейроны активируются чаще всего.

Команда Чиба подтвердила предыдущие выводы о том, что активность мозга, когда участники выбирали один из двух вариантов, казалось, увеличивалась у всех участников в области мозга, известной как островок.

Также с помощью фМРТ они внимательно изучили моторную кору головного мозга, когда участники были утомлены. Эта область мозга отвечает за само усилие.

Исследователи обнаружили, что моторная кора была деактивирована, когда участники «выбирали» между двумя вариантами усилия. Это открытие согласуется, говорит Чиб, с предыдущими исследованиями, показавшими, что, когда люди выполняют повторяющиеся утомляющие нагрузки, активность моторной коры головного мозга снижается, что связано с меньшим количеством сигналов, посылаемых в мышцы.

Участники, у которых активность моторной коры головного мозга изменилась меньше всего в ответ на утомляемую нагрузку, были теми, кто больше всего избегал риска при выборе усилий и испытывал наибольшую усталость. Это говорит о том, что усталость может возникать из-за неправильной калибровки между тем, что человек думает, что он может достичь, и реальной активностью моторной коры.

По сути, при утомлении тело настраивается на моторную кору головного мозга, потому что, если бы мозг продолжал посылать больше сигналов мышцам, чтобы действовать, физиологические ограничения начали бы брать верх, например, повышенное содержание молочной кислоты, способствуя еще большей утомляемости.

Эти открытия, по словам Чиба, могут способствовать поиску методов лечения – физических или химических, – которые нацелены на этот путь у здоровых людей для повышения работоспособности, а также у людей с состояниями, связанными с утомляемостью.

Финансирование исследования было предоставлено Национальным институтом здоровья детей и развития человека Юнис Кеннеди Шрайвер при Национальных институтах здоровья (R01HD097619), Национальным институтом психического здоровья при Национальных институтах здравоохранения (R56MH113627, R01MH119086).

Помимо Чиба, другие ученые, проводившие исследование, включают Патрика Хогана, Стивена Чена и Вен Вен Тэ из Johns Hopkins.


Источник истории:

Материалы предоставлены Johns Hopkins Medicine . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.


Ссылка на журнал :

  1. Патрик С. Хоган, Стивен Х. Чен, Вен Вен Дэ, Викрам С. Чиб. Нейронные механизмы, лежащие в основе влияния физической усталости на выбор, основанный на усилиях . Nature Communications , 2020; 11 (1) DOI: 10.1038 / s41467-020-17855-5