Двигательная память

Примерное время на чтение статьи: 12 минуты

Двигательная память – это способность нервной системы запоминать, хранить и воспроизводить движения мышц. Синонимом двигательной памяти является мышечная память.

Морфологическую базу двигательной памяти составляют нервные окончания (рецепторы, эффекторы и синапсы), обеспечивающие движения мышц рабочих органов.

    В данной статье мы рассмотрим эволюцию двигательной памяти, структуру памятного следа в мышце,  механизм формирования двигательной памяти и примеры её использования в быту.

Эволюция двигательной памяти

Эволюция двигательной памяти проливает свет на то, как наши предки развивали способность сохранять и воспроизводить сложные двигательные навыки.

   На самых ранних стадиях жизни на Земле, у примитивных организмов не было сложной нервной системы, и они ограничивались простейшими реакция на стимулы. Эти реакции были обусловлены генетически заложенными программами, которые позволяли им реагировать на окружающую среду.

    С появлением более сложных организмов, таких как моллюски и членистоногие, начало формироваться первичное нервное сплетение. Это позволило им развивать более сложные движения и реакции на окружающую среду. Уже на этом этапе можно наблюдать зачатки мышечной памяти, когда повторение движений способствовало их автоматизации.

    У позвоночных, таких как рыбы, амфибии и рептилии, нервная система стала еще более сложной. Появление головного мозга и спинного мозга позволило этим организмам развивать более точные и скоординированные движения. У них возникла способность к обучению, что включало запоминание и воспроизведение определенных движений.

   У млекопитающих развитие коры головного мозга и специализированных областей, таких как базальные ганглии и мозжечок, позволило значительно улучшить мышечную память. Это обеспечило возможность для сложных форм поведения, таких как охота, бег и социальное взаимодействие.

   Эволюция двигательной памяти достигла своего апогея у человека. Наши предки развили способность к тонкой моторике, что позволило им создавать и использовать орудия труда, развивать язык и культуру. С увеличением объема и сложности коры головного мозга, люди стали способны к сложным формам обучения и передаче знаний через поколения.

  Таким образом, способность к двигательной памяти не только является результатом эволюционного процесса, но и активно развивается в течение всей жизни каждого человека. Это свидетельствует о том, что наша способность учиться и сохранять двигательные навыки имеет глубокие эволюционные корни.

Мышечная ткань

Различают два вида мышечной ткани: гладкую (входит в состав стенок большинства внутренних органов и сосудов) и поперечнополосатую (включает скелетную и сердечную).

   У новорожденных детей масса мышечной ткани составляет  не более 20% массы тела, взрослых мужчин – 40%, взрослых женщин – 35%, у пожилых людей – 30-35%. Из общей массы скелетных мышц 80% приходится на мышцы конечностей, в том числе нижних конечностей – 52%, верхних конечностей – 28%.

 Поперечнополосатые мышцы обеспечивают наши желания и потребности: передвижение тела и обеспечение его равновесия, работа конечностей, действие брюшного пресса, положение позвоночника и головы,  обеспечение актов дыхания, речи, движения глаз, глотания, дефекации, мочеиспускания. Кроме того мышцы лица передают не только мимику, но и выражают психоэмоциональное состояние человека, то есть его внутренний мир.

 В организме человека насчитывается 639 мышц: 317 – парных, 5 –непарных, каждая из которых характеризуется размером, формой, количеством источников кровоснабжения и иннервации, типичной локализацией сосудисто-нервных ворот (мест вхождения).

  Мышцы хорошо кровоснабжаются, получая кровь из нескольких артерий, который анастомозируют друг с другом. Вдоль мышечных пучков проходят капилляры, которые снабжают их кислородом и питательными веществами.

 К каждой мышце приходят двигательные, чувствительные и симпатические нервные волокна.

 Двигательные волокна проводят к мышце импульсы, вызывающие их сокращение. Одно двигательное волокно, происходящее от спинного мозга, иннервирует большое количество мышечных волокон, совокупность которых принято называть мион.

  Чувствительные волокна мышц и сухожилий берут начало от находящихся в них проприорецепторов, которые передают информацию о тонусе и сокращении мышц в центральную нервную систему, которая обеспечивает их координированную деятельность.

 Симпатические нервные волокна проводят нервные импульсы от нервных центров, которые регулируют в мышце обменные процессы и выполняют трофическую функцию, изменяют её кровоснабжение в зависимости от нагрузки.

  Таким образом, мышцы, управляемые нервной системой, являются, по сути,  единственным источником, которые обеспечивают человеку взаимодействие с окружающим миром,  познание, как внешней среды, так и положение собственного  тела.

Памятный след в мышце

    Памятный след работы мышечного волокна состоит из взаимосвязанных действия «сократительных белков», сопровождающихся превращение химической энергии в механическую.

    Общий принцип работы мышц прост и основан на её сокращении, но молекулярный механизм сокращения волокон сложен, основан на действиях «сократительных белков» — актина (молекулярная масса 42 000) и миозина (молекулярная масса 500 000). В одном грамме скелетной мышцы содержится примерно 100 мг актина и миозина, которые образуют в миофибриллах тонкие и толстые миофиламенты — пучки «нитей». Диаметр филаментов составляет 1 мкм. Филаменты разделяются перегородками – Z пластинками – на саркомеры длиной примерно по 2,5 мкм.

 Полосатость миофибрилл на черные и светлые полосы обусловлена взаиморасположением актиновых и миозиновых филаментов. В середине каждого саркомера находится несколько тысяч толстых нитей миозина диаметром примерно по 10нм. На обоих концах саркомеров к Z-пластинкам прикреплены как щетинки к щётке по 2000  тонких нитей актина диаметром примерно по 5нм.

 В микрофибрилле выделяются зоны:

• А — диск состоит из толстых нитей миозина, часть которых перекрывается актиновыми тонкими нитями (из-за двойного лучепреломления выглядят очень темными);
• Н-зона находятся в середине А-диска, выглядит светлой, так как состоит только из миозиновых толстых нитей;
• I-диск состоит из тонких актиновых нитей (выглядят светлее), которые прикрепляются к Z-пластинкам с обеих сторон.

    Укорочение мышцы происходит за счёт укорочения множества последовательно расположенных саркомеров, в которых актиновые и миозиновые нити скользят друг относительно друга (теория скользящих нитей, разработанная Хаксли и Хансом). При сокращении мышцы актиновые нити входят в миозиновые, вызывая сокращение размеров H-зоны и I-диска, но сами нити не укорачиваются. Длина нитей также не меняется при растяжении мышцы (увеличиваются размеры H-зоны и I-диска).   

   Разнонаправленное движение актиновых и миозиновых нитей обеспечивают поперечные мостики.

  Поперечные мостики состоят из прикрепленных вертикально к миозиновой нити выступов длиной около 20нм с головками примерно из 150 молекул миозина. При сокращении эти головки (поперечные мостики) связывают миозиновую и актиновую нити и ритмично наклоняются, создавая объединенные усилия («гребки»), в результате которых актиновая нить втягивается в промежуток между миозиновыми нитями, что приводит к сокращению размеров H-зоны и I-диска. Количество «гребков» за 0,1 секунды составляет примерно 20 раз. За счет ритмичных отделений и повторных прикреплений («гребков») миозиновых головок актиновая нить подтягивается к середине саркомера (подобно тому, как группа матросов, перебирая руками канат, подтягивает судно к причалу).

   Источником энергии в мышце для её сокращения является АТФ-аденозинтрифосфат. Миозиновые головки (мостики) содержат центры расщепления АТФ, которые активируются в присутствии Mg 2+. В каждом цикле прикрепления и открепления поперечного мостика АТФ расщепляется (на АДФ и фосфат) только один раз, из расчета 1 молекула на 1 мостик. Соответственно, чем больше мостиков находится в активном процессе, тем выше скорость расщепления (метаболизм) АТФ, следовательно, больше сила, развиваемая мышцей. АТФ связывается с поперечным мостиком в момент завершения «гребка», выделяя энергию для разделения белков актина и миозина. Если процесс расщепления АТФ блокирован, то мостики не могут прикрепиться к актину, сила мышечных волокон падает, мышца расслабляется. При гибели организма мостики остаются прикреплёнными к актиновой нити (состояние трупного окоченения).

  Ключевую роль в передаче команды к сокращению миофибрилл играют ионы кальция — Ca2+. Это можно узнать, если сделать инъекцию Ca2+ в мышечное волокно, в результате чего мышца сократится.

  Механизм активации мышечного волокна ионами кальция легко понять, если изучить структуру актиновых нитей. Каждый её филамент (длиной 1 мкм и толщиной 5-7 нм) состоит из двух закрученных в цепочку мономеров актина толщиной 5нм (подобно двум скрученным нитям бус в виде спирали по 14 бусин). Через промежутки в 40 нм в актиновые цепочки вставлены сферические молекулы тропонина, а в желобках между двумя цепочками лежат нити тропомиозина. В расслабленном состоянии миофибрилл, когда нет присутствия Ca2+, длинные молекулы тропомиозина расположены так, что не дают прикрепиться поперечным мостикам к актиновым нитям. Под влиянием Ca2+ молекулы тропомиозина глубже опускаются в желобки между цепочками мономеров актина, и таким способом дают возможность прикрепиться поперечным мостикам к актиновым нитям. В результате прикрепления начинается процесс расщепления АТФ и развивается мышечная сила. То есть при связывании Ca2+ и тропонина молекула последнего работает как «кальциевый переключатель» — деформируется таким образом, что заталкивает тропомиозин в желобок между двумя цепочками актиновых мономеров (переключает в активированное положение).

  Соли кальция находятся в изолированных хранилищах (в противном случае мышца была бы всегда в напряжении). У человека на уровне I-дисков на поверхностной мембране мышечной клетки образуются углубления, которые окружают миофибриллу, и располагаются перпендикулярно продольной оси волокна (диаметр поперечных трубочек 50нм, они сообщены с внеклеточной средой). Вдоль оси волокон расположена система продольных трубочек (истинный саркоплазматический ретикулум, не соприкасается с внеклеточной средой), которые заканчиваются терминальными цистернами (пузырьками), прилегающими к мембранам системы поперечных трубочек. В этих цистернах (пузырьках) хранится внутриклеточный кальций. Мембраны продольных трубочек содержат работающий на АТФ кальциевый насос, который осуществляет активный транспорт Ca2+ из миоплазмы в продольные трубочки, снижая примерно до 10^-7 М плазматическую концентрацию этих ионов в расслабленной мышце.

  Электромеханическое возбуждение выглядит следующим образом: когда поступает потенциал действия на мембраны поперечной системы, возбуждение передается внутрь волокна, проникает на продольную систему и вызывает высвобождение Ca2+ из терминальных цистерн во внутриклеточную жидкость, окружающую миофибриллы, что ведёт к сокращению мышцы.

  Таким образом, совокупность памятного следа работающей мышцы складывается из результата взаимодействия актиновых и миозиновых филаментов, благодаря высвобождающейся при расщеплении АТФ энергии, а также солям кальция, поступающим в мышечное волокно при возбуждении нервного волокна.

Механизм формирования двигательной памяти

   Места прикрепления двигательных нервов на мышцах называются моторными бляшками. Волокно вблизи моторной бляшки распадается на терминальные ветви, которые погружаются в складки сарколеммы мышечного волокна. Нервно-мышечный синапс имеет синаптическую щель между терминалью аксона и сарколеммой шириной 10-20 нм. Для синаптической передачи потенциала действия от аксона необходимы специальные механизмы. В химических синапсах – это медиаторы, в электрических – специфическое распределение токов.

 Места окончаний двигательных нервов на мышечных волокнах называются концевыми пластинками. При стимуляции мотонейрона на концевой пластике регистрируется потенциал – быстро нарастающая её деполяризация, за которой следует возвращение к потенциалу покоя через 5мс.

Схема химической синаптической передачи проста: потенциал действия нервного волокна деполяризует пресинаптическое окончание. В результате его деполяризации высвобождается медиатор, который диффундирует через синаптическую щель и может связаться с рецепторами мембраны постсинаптической клетки. Его связывание с рецептором сопровождается открытием в этой мембране каналов, через которые проходят специфические ионы, вызывая изменение её потенциала и токи. Синапсы могут генерировать как возбуждение, так и торможение мышечной ткани.

Различают возбуждающие (ВПСП) и тормозные постсинаптические потенциалы (ТПСП), соответственно возбуждающие (ВПСТ) и тормозные постсинаптические токи  (ТПСТ).

   Насчитывают более 30 медиаторов.

   В группу классических медиаторов или низкомолекулярных соединений, входят те, которые зачастую образуются в результате промежуточных продуктов метаболизма:

• ацетилхолин – участвует в передаче сигналов нервно-мышечном синапсе;
• гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) – наиболее распространенный тормозный медиатор ЦНС;
• глицин – оказывает тормозное воздействие на мотонейроны;
• глутамат – самый распространенный возбуждающий медиатор ЦНС.
• «моноамины» — серотонин, адреналин, норадреналин, дофамин – передают возбуждение или торможение  как в центральной, так и в периферической нервной системах.

Каждый из классических медиаторов связывается со специфическим рецептором постсинаптической мембраны, в результате чего повышается её проводимость в случае передачи возбуждения – для Na+ (и K+), в случае передачи торможения — для K+ или СL-.  Единственным определяемым звеном в процессе торможения или возбуждения является взаимодействие с тем или иным рецептором, а возбуждение или торможение зависит исключительно от свойств его ионного канала, а не от медиатора.

  В группу пептидных медиаторов объединяют те, которые сами не изменяют проводимость синаптических мембран, а влияют на интенсивность и продолжительность действия классических медиаторов, иногда вместе с ними высвобождаются. Среди них:

• Энкефалины связываются с рецепторами морфина и подавляют болевые ощущения.
• Вещество Р  подавляет боль и вызывает также сокращение гладких мышц.
• Ангиотензин II –гормон местного действия, сильно влияющий на кровеносные сосуды и работу ЦНС. Аналогичными свойствами обладает вазоактивный кишечный пептид.
• Соматостатин и ЛГРГ (рилизинг-гормон лютеотропного гормона, или люлиберин) участвует в регуляции высвобождения гипофизарных гормонов, а также в синапсах.

   Характерной особенностью пресинаптического окончания мотонейрона является скопление синаптических пузырьков, из которых  ацетилхолин высвобождается одинаковыми порциями, что предопределяет характер постсинаптического тока (ВПСТ), который должен состоять из мелких «субъединиц». Во время порционного высвобождения медиатора амплитуда ВПСТ представляет собой кратное количество субъединиц – квантов, равных количеству высвободившихся пузырьков. То есть каждый квант тока соответствует порции ацетилхолина из одного пузырька, достигающих путём диффузии постсинаптических рецепторов и вызывающих открывание ионных каналов. Медиаторы в пузырьках содержатся не только в нервно-мышечных синапсах, но во всех химических синапсах. В одном пузырьке содержится до 10 000 молекул медиатора. Пузырьки могут содержать различные медиаторы, перечисленные выше, соответственно, могут иметь разные размеры: диаметр пузырьков с ацетилхолином – 30-50 нм; норадреналином – 50-90 нм; ГАМК – 100-120 нм. Один нейрон может синтезировать и выделять до 5- ти медиаторов (по другим данным до 24 медиаторов).

  Процесс высвобождения медиаторов из пузырьков происходит при поступлении в пресинаптическое окончание Ca2+, сопровождающее Na+ и K+ токи.  При снижении внеклеточной концентрации Ca2+ химическая синаптическая передача нарушается. Установлено, что для высвобождения одного кванта медиатора требуется реакция четырех ионов Ca с активатором на внутренней стороне пресинаптической мембраны.

   Концентрация Ca2+ при последующих возрастающих частотах возбуждения пресинаптического нервного волокна ведет к суммации возбуждающих постсинаптических токов (ВПСТ) и возрастанию их амплитуд. Этот эффект называется синаптическим облегчением. При подаче двух стимулов с разными интервалами между ними происходит облегчение второго ВПСТ. Если первый ВСПТ состоит из одного кванта, второй после короткого интервала — уже из 3-х квантов. Процесс синаптического облегчения проиллюстрирован на графике квантов, потенциалов и токов.

   Получается, что несколько импульсов, быстро следующих друг за другом, гораздо более эффективны. Облегчение составляет своего рода память нервного окончания, так как в течение нескольких миллисекунд в нем сохраняется след от предыдущего события. В некоторых синапсах облегчение сохраняется минутами. Синаптическое облегчение объясняет механизм формирования краткосрочной памяти, из которой в последующем консолидируется долгосрочная.

   Таким образом, мышечная память формируется с участием медиаторов и  ионов кальция при межклеточной передаче электрохимического сигнала в нервно-мышечной ткани.

Двигательная память в повседневной жизни

     Двигательная память не ограничивается только спортом и музыкальными навыками; она играет важную роль в нашей повседневной жизни, помогая нам выполнять множество рутинных задач автоматически и с минимальным умственным усилием.

   Примеры использования двигательной памяти в быту:

• Печатание на клавиатуре: Сначала обучение печатанию может показаться сложным, но с практикой ваши пальцы начинают сами находить нужные клавиши без участия сознания. Мышечная память позволяет печатать быстрее и точнее.
• Вождение автомобиля: Вначале управление автомобилем требует значительных умственных усилий и концентрации, но с опытом многие действия, такие как переключение передач или использование педалей, становятся автоматическими благодаря мышечной памяти.
• Чистка зубов: Ежедневная рутина, такая как чистка зубов, также является примером мышечной памяти. Вы можете выполнять этот процесс без необходимости думать о каждом движении щетки.
• Приготовление пищи: Многие повара полагаются на мышечную память при нарезке овощей, перемешивании ингредиентов и выполнении других кухонных задач, что позволяет им работать быстрее и эффективнее.

    Двигательная память помогает нам экономить умственные ресурсы, освобождая внимание для более сложных задач. Благодаря автоматизации повседневных действий мы можем быть более продуктивными и концентрироваться на выполнении важных задач.

    Ключ к развитию двигательной памяти – это регулярная практика. Повторение действий закрепляет нейронные связи, делая движения более точными и автоматическими. Независимо от того, изучаете ли вы новую задачу или просто хотите улучшить свои навыки, регулярная практика является основным способом достижения успеха.

   Таким образом, в повседневной жизни мы постоянно пользуемся двигательной памятью, высвобождая наш мозг для выполнения более ответственных задач.

Выводы

Двигательная память – это область, активно исследуемая учеными и неврологами по всему миру. Она играет ключевую роль в нашей способности быстро и эффективно выполнять задачи.  Современные исследования позволяют лучше понять механизмы, лежащие в основе этой удивительной способности организма, и раскрывают новые горизонты для её применения в медицине, спорте и обучении. Двигательная память формируется в результате межклеточного взаимодействия в нервно-мышечной ткани благодаря повторяющимся сокращениям мышц. Этот процесс глубоко укоренен в наших нервных и мышечных системах, и его можно наблюдать во многих аспектах повседневной жизни, начиная от простых привычек и заканчивая сложными профессиональными навыками.

Надеюсь, эта статья была полезной для Вас!😊

Познайте свой мозг и улучшите память!💪

Записывайтесь на базовый курс обучения «Мнемотехника» ❤️

Подписывайтесь на наши социальные сети: