jokainen, joka on oppinut soittamaan jotakin soitinta, tietää, että nuottien kääntäminen arkilla sormiliikkeiksi on aluksi vaivalloista, mutta muuttuu vähitellen ajan myötä automaattisemmaksi. Paul Fitts ja Michael Posner kuvasivat tämän motorisen oppimisen laajalti arvostetun piirteen vuonna 1967. Tunnetut psykologit ehdottivat kirjassaan Human Performance motoristen taitojen oppimiselle kolmea vaihetta: kognitiivista vaihetta, assosiatiivista vaihetta ja autonomista vaihetta.
ensimmäisessä vaiheessa liikkeet ovat hitaita, epäjohdonmukaisia ja tehottomia, ja suurta osaa liikkeestä ohjataan tietoisesti. Toisessa vaiheessa liikkeistä tulee sujuvampia, luotettavampia ja tehokkaampia, ja joitakin liikkeen osia ohjataan automaattisesti. Kolmannessa vaiheessa liikkeet ovat tarkkoja, johdonmukaisia ja tehokkaita, ja liikettä ohjataan pitkälti automaattisesti. Ei ole kuitenkaan ollut selvää, miten motorisen oppimisen eri vaiheet tarkalleen kartoittavat aivojen hermojärjestelmiä.
tässä PLOS Biology-lehden numerossa julkaistussa tutkimuksessa Nicolas Schweighofer Etelä-Kalifornian yliopistosta ja Hiroshi Imamizu Tokion yliopistosta yhdistivät laskennallisen mallinnuksen behavioral and functional magnetic resonance imaging (fMRI) – tietoihin luodakseen aivojen laajuisen kartan motorisista muistoista, joilla on erilaiset aikajänteet (Kuva 1). Tekijöiden mukaan löydökset luovat uutta valoa klassiseen psykologiseen teoriaan, ja niitä voitaisiin mahdollisesti käyttää parantamaan strategioita motoristen taitojen kuntoutumiseksi aivovaurion jälkeen.
oppiminen tapahtuu eri aivoalueilla eri aikatauluissa. Kuvan neljä paneelia esittävät aikavakioita, jotka kuvaavat muutosten nopeutta. Kuvan Luoto: Hiroshi Imamizu.
uudessa tutkimuksessa 21 tervettä vapaaehtoista teki näkömotorisia sopeutumistehtäviä samalla kun heidän aivotoimintaansa mitattiin fMRI: llä. Jokaisen kokeilun alussa näytön keskelle ilmestyi valkoinen risti (kursori), jonka jälkeen koehenkilöt manipuloivat joystickiä siirtääkseen kursorin punaiselle tai siniselle ympyrälle, joka ilmestyi näytön yläreunaan. Siinä oli kuitenkin visuaalis-motorinen epäsuhta: kursoria pyöritettiin 40 astetta suhteessa todelliseen liikesuuntaan. Ajan myötä koehenkilöt oppivat sopeutumaan tähän pyörimiseen säätämällä joystickin liikettä vastakkaiseen suuntaan.
behavioral data paljasti useita motorisen oppimisen vaiheita: nopea sopeutuminen tapahtui yhdeksän kokeen lohkoissa ja hidas sopeutuminen tapahtui lohkoissa. Tämän jälkeen tutkijat kehittivät mallin, jolla voitiin selvittää, mitkä hermojärjestelmät osallistuivat motorisen oppimisen eri vaiheisiin. He havaitsivat, että nopea oppiminen, joka tapahtuu viidessä sekunnissa, oli yhteydessä toimintaan otsalohkon ja päälaen aivoalueilla. Sen sijaan kahden minuutin ja noin puolentoista tunnin välinen keskioppiminen liittyi aktiivisuuteen alemman päälakilohkon etuosassa. Hitain oppimisvaihe, joka eteni tuntikausia, liittyi toimintaan pikkuaivojen etu—ja mediaalisissa osissa-aivojen alueella, jolla on tärkeä rooli motorisessa hallinnassa.
nämä havainnot ovat yhdenmukaisia aiempien tutkimusten kanssa, jotka osoittavat, että otsalohkot osallistuvat tarkkaavaisuuden varhaisiin oppimisvaiheisiin, kiihottumiseen, visuaaliseen liikeanalyysiin, tilalliseen työmuistiin, käsien liikkeiden muistiin ja liikkeiden suunnitteluun. Samoin parietaalisilla alueilla tiedetään olevan rooli henkisen ja visuaalis-motorisen pyörimisen varhaisissa oppimisvaiheissa. Yhdessä havainnot viittaavat siihen, että motorisen oppimisen ensimmäiset kognitiiviset ja assosiatiiviset vaiheet värväävät otsalohkon ja päälaen aivoalueita, kun taas autonomisen oppimisen myöhäisvaihe riippuu anterioris-mediaalisista pikkuaivoista. Yhdistämällä useita toisiaan täydentäviä tekniikoita tutkijat tarjosivat syvempiä oivalluksia klassisesta ja vaikutusvaltaisesta psykologisesta teoriasta, jota ehdotettiin useita vuosikymmeniä sitten.