PMC

iedereen die heeft geleerd om een muziekinstrument te bespelen, weet dat het vertalen van noten op een blad in vingerbewegingen in het begin moeiteloos is, maar geleidelijk aan meer automatisch in de tijd wordt. Dit algemeen gewaardeerde kenmerk van motorisch leren werd in 1967 beschreven door Paul Fitts en Michael Posner. In een boek getiteld Human Performance, stelden de bekende psychologen drie fasen van het leren van motorische vaardigheden voor: een cognitieve fase, een associatieve fase en een autonome fase.

in de eerste fase zijn bewegingen traag, inconsistent en inefficiënt en worden grote delen van de beweging bewust gecontroleerd. In de tweede fase worden bewegingen vloeiender, betrouwbaarder en efficiënter en worden sommige delen van de beweging automatisch gecontroleerd. En in de derde fase zijn bewegingen nauwkeurig, consistent en efficiënt, en wordt beweging grotendeels automatisch geregeld. Nochtans, is het niet duidelijk precies geweest hoe de verschillende stadia van motor het leren op neurale systemen in de hersenen in kaart brengen.In een studie gepubliceerd in dit nummer van PLOS Biology combineerden Nicolas Schweighofer van de University of Southern California en Hiroshi Imamizu van de University of Tokyo computationele modellering met behavioral and functional magnetic resonance imaging (fMRI) data om een hersenbrede kaart van motorische herinneringen met verschillende tijdschalen te creëren (Fig.1). Volgens de auteurs werpen de bevindingen nieuw licht op een klassieke psychologische theorie en kunnen ze potentieel worden gebruikt om strategieën voor de revalidatie van motorische vaardigheden na hersenbeschadiging te verbeteren.

in de nieuwe studie voerden 21 gezonde vrijwilligers visueel-motorische aanpassingstaken uit terwijl hun hersenactiviteit werd gemeten met fMRI. Aan het begin van elke proef verscheen een wit kruis (cursor) in het midden van het scherm, en de proefpersonen manipuleerden vervolgens een joystick om de cursor naar een rode of blauwe cirkel te verplaatsen die aan de bovenkant van het scherm verscheen. Maar er was een visuele-motor mismatch: de cursor werd gedraaid met 40 graden ten opzichte van de werkelijke bewegingsrichting. Na verloop van tijd leerden de proefpersonen zich aan deze rotatie aan te passen door de joystickbeweging in de tegenovergestelde richting aan te passen.

de gedragsgegevens toonden meerdere stadia van motorisch leren aan, met snelle aanpassing binnen blokken van negen proeven en langzame aanpassing over de blokken. De onderzoekers ontwikkelden vervolgens een model om te bepalen welke neurale systemen betrokken waren bij de verschillende stadia van motorisch leren. Ze vonden dat snel leren die binnen vijf seconden plaatsvindt geassocieerd werd met activiteit in frontale en pariëtale hersengebieden. Intermediair leren tussen twee minuten en ongeveer anderhalf uur werd daarentegen geassocieerd met activiteit in de voorste regio van de inferieure pariëtale kwab. Het langzaamste leerstadium, dat zich over uren ontvouwde, werd geassocieerd met activiteit in de voorafgaande aan mediale delen van het cerebellum—een hersengebied dat een belangrijke rol in motorische controle speelt.

deze bevindingen zijn consistent met eerdere onderzoeken waaruit blijkt dat frontale gebieden betrokken zijn bij vroege leerstadia van aandacht, opwinding, visuele bewegingsanalyse, ruimtelijk werkgeheugen, geheugen van handbewegingen en bewegingsplanning. Ook pariëtale regio ‘ s zijn bekend om een rol te spelen in de vroege leerstadia van mentale en visueel-motorische rotatie. Samen genomen suggereren de bevindingen dat de initiële cognitieve en associatieve fasen van motorisch leren frontale en pariëtale hersengebieden rekruteren, terwijl het late stadium van autonoom leren afhankelijk is van het anterieure-mediale cerebellum. Door meerdere complementaire technieken te combineren, leverden de onderzoekers dieper inzicht in een klassieke en invloedrijke psychologische theorie die enkele decennia geleden werd voorgesteld.