Ảnh hưởng của tổn thương vỏ não trước trán bên ngoài đối với thói quen và hiệu suất vận động được đánh giá bằng cách nắm bắt bằng tay và kiểm soát lực trong khỉ macaque

Brain Structure and Function - Tập 222 - Trang 1193-1206 - 2016
S. Badoud1, S. Borgognon1, J. Cottet1, P. Chatagny1, V. Moret1, M. Fregosi1, M. Kaeser1, E. Fortis1, E. Schmidlin1, J. Bloch2, J. F. Brunet2, E. M. Rouiller1
1Laboratory for sensorimotor and Multisensory Integration, Research Cluster Neurosciences, Department of Medicine, Fribourg Cognition Center, University of Fribourg, Fribourg, Switzerland
2Department of Neurosurgery, Lausanne University Hospital (CHUV), Lausanne, Switzerland

Tóm tắt

Trong bối cảnh nghiên cứu cấy ghép hệ sinh thái tế bào thần kinh người lớn tự thân (ANCE), bốn con khỉ cái macaque trưởng thành khỏe mạnh đã trải qua một phép sinh thiết đơn phương tại vùng vỏ não trước trán bên ngoài (dlPFC) để cung cấp vật liệu tế bào cần thiết nhằm thu được ANCE. Trước đó, các con khỉ đã được đào tạo thực hiện các nhiệm vụ vận động định lượng (khéo léo bằng tay), cụ thể là nhiệm vụ “bảng điều khiển modified-Brinkman” và nhiệm vụ “ngăn kéo với nắm bắt”. Mục tiêu của nghiên cứu hiện tại là mở rộng dữ liệu sơ bộ về vai trò của vỏ não trước trán trong thói quen vận động và kiểm tra giả thuyết rằng dlPFC có vai trò dự đoán lực nắm cần thiết khi mức độ lực chính xác cần tạo ra đã được biết trước. Như kỳ vọng đối với một phép sinh thiết nhỏ tại dlPFC, cả hiệu suất vận động (điểm số) và các chuỗi vận động không-thời gian đều không bị ảnh hưởng trong nhiệm vụ “bảng điều khiển modified-Brinkman”, trong khi những thay đổi đáng kể (chủ yếu là giảm) về lực nắm tối đa (lực tác động lên núm kéo của ngăn kéo) đã được quan sát trong nhiệm vụ “ngăn kéo với nắm bắt”. Dữ liệu hiện tại ở khỉ macaque liên quan đến việc dự đoán lực nắm hoàn toàn phù hợp với dữ liệu fMRI trước đó được báo cáo cho các đối tượng con người. Hơn nữa, chiến lược cấy ghép ANCE (trong trường hợp đột quỵ hoặc bệnh Parkinson) dựa trên sinh thiết tại dlPFC không tạo ra những hậu quả không mong muốn cho vận động, ít nhất là về mặt thói quen vận động và hiệu suất vận động trong bối cảnh nắm bắt tuần tự các vật nhỏ, điều này không yêu cầu phát triển các mức lực đáng kể.

Từ khóa

#vỏ não trước trán bên ngoài #thói quen vận động #hiệu suất vận động #khỉ macaque #sinh thiết

Tài liệu tham khảo

Barber AD, Caffo BS, Pekar JJ, Mostofsky SH (2013) Effects of working memory demand on neural mechanisms of motor response selection and control. J Cogn Neurosci 25:1235–1248 Barone P, Joseph JP (1989) Prefrontal cortex and spatial sequencing in macaque monkey. Exp Brain Res 78:447–464 Berdyyeva TK, Olson CR (2010) Rank signals in four areas of macaque frontal cortex during selection of actions and objects in serial order. J Neurophysiol 104:141–159 Bloch J, Brunet J-F, McEntire CRS, Redmond DE (2014) Primate adult brain cell autotransplantation produces behavioral and biological recovery in 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-induced parkinsonian St. Kitts monkeys. J Comp Neurol 522:2729–2740 Brinkman J, Kuypers HG (1973) Cerebral control of contralateral and ipsilateral arm, hand and finger movements in the split-brain rhesus monkey. Brain 96:653–674 Brunet J-F, Pellerin L, Arsenijevic Y et al (2002) A novel method for in vitro production of human glial-like cells from neurosurgical resection tissue. Lab Invest 82:809–812 Brunet J-F, Pellerin L, Magistretti P, Villemure J-G (2003) Cryopreservation of human brain tissue allowing timely production of viable adult human brain cells for autologous transplantation. Cryobiology 47:179–183 Brunet J-F, Rouiller E, Wannier T et al (2005) Primate adult brain cell autotransplantation, a new tool for brain repair? Exp Neurol 196:195–198 Chatagny P, Badoud S, Kaeser M, Gindrat AD, Savidan J, Fregosi M et al (2013) Distinction between hand dominance and hand preference in primates: a behavioral investigation of manual dexterity in nonhuman primates (macaques) and human subjects. Brain Behav 3(5):575–595 Ehrsson HH, Fagergren A, Jonsson T et al (2000) Cortical activity in precision- versus power-grip tasks: an fMRI study. J Neurophysiol 83:528–536 Ehrsson HH, Fagergren A, Forssberg H (2001) Differential fronto-parietal activation depending on force used in a precision grip task: an fMRI study. J Neurophysiol 85:2613–2623 Eliassen JC, Souza T, Sanes JN (2001) Human brain activation accompanying explicitly directed movement sequence learning. Exp Brain Res 141:269–280 Fink GR, Frackowiak RSJ, Pietrzyk U, Passingham RE (1997) Multiple nonprimary motor areas in the human cortex. J Neurophysiol 77:2164–2174 Freund HJ (1985) Clinical aspects of premotor function. Behav Brain Res 18:187–191 Freund HJ, Hummelsheim H (1985) Lesions of premotor cortex in man. Brain 108:697–733 Goldman-Rakic PS (1987) Motor control function of the prefrontal cortex. Ciba Found Symp 132:187–200 Halsband U, Lange RK (2006) Motor learning in man: a review of functional and clinical studies. J Physiol Paris 99:414–424 Kaeser M, Brunet J-F, Wyss A et al (2011) Autologous adult cortical cell transplantation enhances functional recovery following unilateral lesion of motor cortex in primates: a pilot study. Neurosurgery 68:1405–1407 Kaeser M, Wannier T, Brunet J-F et al (2013) Representation of motor habit in a sequence of repetitive reach and grasp movements performed by macaque monkeys: evidence for a contribution of the dorsolateral prefrontal cortex. Cortex 49:1404–1419 Kaeser M, Chatagny P, Gindrat A-D et al (2014) Variability of manual dexterity performance in non-human primates (Macaca fascicularis). Int J Comp Psychol 27(2):295–325 Kazennikov O, Wicki U, Corboz M et al (1994) Temporal structure of a bimanual goal-directed movement sequence in monkeys. Eur J Neurosci 6:203–210 Kazennikov O, Hyland B, Corboz M et al (1999) Neural activity of supplementary and primary motor areas in monkeys and its relation to bimanual and unimanual movement sequences. Neuroscience 89:661–674 Kermadi I, Liu Y, Tempini A, Rouiller EM (1997) Effects of reversible inactivation of the supplementary motor area (SMA) on unimanual grasp and bimanual pull and grasp performance in monkeys. Somatosens Mot Res 14:268–280 Kermadi I, Calciati T, Rouiller EM (1998) Neuronal activity in the primate supplementary motor area and the primary motor cortex in relation to spatio-temporal bimanual coordination. Somatosens Mot Res 15:287–308 Kermadi I, Liu Y, Rouiller EM (2000) Do bimanual motor actions involve the dorsal premotor (PMd), cingulate (CMA) and posterior parietal (PPC) cortices? Comparison with primary and supplementary motor cortical areas. Somatosens Mot Res 17:255–271 Kinoshita H, Oku N, Hashikawa K, Nishimura T (2000) Functional brain areas used for the lifting of objects using a precision grip: a PET study. Brain Res 857:119–130 Kuhtz-Buschbeck JP, Ehrsson HH, Forssberg H (2001) Human brain activity in the control of fine static precision grip forces: an fMRI study. Eur J Neurosci 14:382–390 Kuhtz-Buschbeck JP, Gilster R, Wolff S et al (2008) Brain activity is similar during precision and power gripping with light force: an fMRI study. Neuroimage 40:1469–1481 Liu Y, Rouiller EM (1999) Mechanisms of recovery of dexterity following unilateral lesion of the sensorimotor cortex in adult monkeys. Exp Brain Res 128:149–159 Muley SA, Strother SC, Ashe J et al (2001) Effects of changes in experimental design on PET studies of isometric forces. NeuroImage 13:185–195 Neely KA, Coombes SA, Planetta PJ, Vaillancourt DE (2013) Segregated and overlapping neural circuits exist for the production of static and dynamic precision grip force. Hum Brain Mapp 34:698–712 Ninokura Y, Mushiake H, Tanji J (2004) Integration of temporal order and object information in the monkey lateral prefrontal cortex. J Neurophysiol 91:555–560 Petrides M (1994) Frontal lobes and behaviour. Curr Opin Neurobiol 4:207–211 Petrides M, Pandya DN (1999) Dorsolateral prefrontal cortex: comparative cytoarchitectonic analysis in the human and the macaque brain and corticocortical connection patterns. Eur J Neurosci 11:1011–1036 Pochon J-B, Levy R, Poline J-B et al (2001) The role of dorsolateral prefrontal cortex in the preparation of forthcoming actions: an fMRI study. Cereb Cortex 11:260–266 Rouiller EM, Yu XH, Moret V et al (1998) Dexterity in adult monkeys following early lesion of the motor cortical hand area: the role of cortex adjacent to the lesion. Eur J Neurosci 10:729–740 Rowe JB, Toni I, Josephs O et al (2000) The prefrontal cortex: response selection or maintenance within working memory? Science 288:1656–1660 Schmidlin E, Kaeser M, Gindrat A-D et al (2011) Behavioral assessment of manual dexterity in non-human primates. J Vis Exp 3258 Shima K, Isoda M, Mushiake H, Tanji J (2007) Categorization of behavioural sequences in the prefrontal cortex. Nature 445:315–318 Vaillancourt DE, Yu H, Mayka MA, Corcos DM (2007) Role of the basal ganglia and frontal cortex in selecting and producing internally guided force pulses. Neuroimage 36:793–803 Wasson P, Prodoehl J, Coombes SA et al (2010) Predicting grip force amplitude involves circuits in the anterior basal ganglia. Neuroimage 49:3230–3238 Watanabe M, Sakagami M (2007) Integration of cognitive and motivational context information in the primate prefrontal cortex. Cereb Cortex 17(Suppl 1):i101–i109