enhver, der har lært at spille et musikinstrument, ved, at Oversættelse af noter på et ark til fingerbevægelser er anstrengende i starten, men bliver gradvist mere automatisk over tid. Dette meget værdsatte træk ved motorisk læring blev beskrevet i 1967 af Paul Fitts og Michael Posner. I en bog med titlen Human Performance foreslog de velkendte psykologer tre faser af at lære motoriske færdigheder: en kognitiv fase, en associativ fase og en autonom fase.
i første fase er bevægelser langsomme, inkonsekvente og ineffektive, og store dele af bevægelsen styres bevidst. I anden fase bliver bevægelser mere flydende, pålidelige og effektive, og nogle dele af bevægelsen styres automatisk. Og i tredje fase er bevægelser nøjagtige, konsistente og effektive, og bevægelsen styres stort set automatisk. Det har imidlertid ikke været klart nøjagtigt, hvordan de forskellige stadier af motorisk læring kortlægges på neurale systemer i hjernen.
i en undersøgelse offentliggjort i dette nummer af PLOS Biology kombinerede Nicolas Schvejhofer fra University of Southern California og Hiroshi Imamisu fra University of Tokyo beregningsmodellering med adfærdsmæssige og funktionelle magnetiske resonansbilleddannelsesdata (fMRI) for at skabe et hjernedækkende kort over motorhukommelser med forskellige tidsskalaer (Fig 1). Ifølge forfatterne kaster resultaterne nyt lys over en klassisk psykologisk teori og kan potentielt bruges til at forbedre strategier til rehabilitering af motoriske færdigheder efter hjerneskade.
læring finder sted i forskellige hjerneområder på forskellige tidsskalaer. De fire paneler i figuren repræsenterer tidskonstanter, der karakteriserer hastigheden af ændringer. Billedkredit: Hiroshi Imamisu.
i den nye undersøgelse udførte 21 raske frivillige visuelle motoriske tilpasningsopgaver, mens deres hjerneaktivitet blev målt med fMRI. I begyndelsen af hvert forsøg dukkede et hvidt kryds (markør) op i midten af skærmen, og motiver manipulerede derefter et joystick for at flytte markøren til en rød eller blå cirkel, der dukkede op øverst på skærmen. Men der var en visuel-motorisk mismatch: markøren blev roteret med 40 grader i forhold til den faktiske bevægelsesretning. Over tid lærte fagene at tilpasse sig denne rotation ved at justere joystickbevægelsen i modsat retning.
adfærdsdataene afslørede flere stadier af motorisk læring, hvor hurtig tilpasning fandt sted inden for blokke på ni forsøg og langsom tilpasning fandt sted på tværs af blokke. Forskerne udviklede derefter en model til at bestemme, hvilke neurale systemer der var involveret i de forskellige stadier af motorisk læring. De fandt ud af, at hurtig læring, der fandt sted inden for fem sekunder, var forbundet med aktivitet i frontale og parietale hjerneområder. I modsætning hertil var mellemindlæring mellem to minutter og ca.en og en halv time forbundet med aktivitet i det forreste område af den ringere parietallobe. Det langsomste læringsstadium, der udfoldede sig over timer, var forbundet med aktivitet i de forreste til mediale dele af lillehjernen—et hjerneområde, der spiller en vigtig rolle i motorisk kontrol.
disse fund er i overensstemmelse med tidligere forskning, der viser, at frontale regioner er involveret i tidlige læringsfaser af opmærksomhed, ophidselse, visuel bevægelsesanalyse, rumlig arbejdshukommelse, hukommelse af håndbevægelser og bevægelsesplanlægning. Tilsvarende er parietale regioner kendt for at spille en rolle i tidlige læringsfaser af mental og visuel-motorisk rotation. Samlet set tyder resultaterne på, at de indledende kognitive og associative faser af motorisk læring rekrutterer frontale og parietale hjerneområder, mens det sene stadium af autonom læring afhænger af den forreste mediale cerebellum. Ved at kombinere flere komplementære teknikker gav forskerne således dybere indsigt i en klassisk og indflydelsesrig psykologisk teori, der blev foreslået for flere årtier siden.