Активность моторной коры во время сна и бодрствования уточняется в ходе развития, но продолжает отставать от красного ядра

Как младенцы учатся двигаться

Каждый, кто наблюдал за сном новорождённого, видел крошечные резкие подёргивания лап или пальцев. Эти, казалось бы, случайные движения оказываются решающей практикой для мозга. В этом исследовании на молодых крысах задаётся простой, но глубокий вопрос: по мере роста мозга как управление движением переходит от примитивных глубинных центров к более тонкому наружному слою — коре? Отслеживая активность мозга во время сна и бодрствования, авторы выясняют, как происходит эта передача — и почему сонные подёргивания могут быть важны для обучения плавным движениям.

Два центра движения в растущем мозге

Ранним в жизни основную роль в приведении в движение конечностей выполняет глубокий центр мозга, называемый красным ядром, в то время как моторная кора находится «выше по потоку» и ещё не руководит процессом. Тем не менее кора бурлит активностью при любых движениях конечностей, особенно во время быстрых движений глаз (REM) — так называемых сонных подёргиваний. Исследователей интересовало, с какими конкретными движениями связана эта активность, насколько точно кора их отслеживает с течением времени и начинает ли кора стрелять до начала движения — ключевой признак того, что она начинает отдавать команды, а не только слушать.

Чтобы ответить на эти вопросы, они регистрировали электрическую активность отдельных нейронов в зоне передних конечностей моторной коры у детёнышей крыс в возрасте от 12 до 24 дней. Животные были с фиксированной головой, но могли свободно ходить, ухаживать за собой и спать в плавающей «Mobile HomeCage», а камеры фиксировали крошечные подёргивания конечностей и более крупные движения во время бодрствования. На старшем возрасте команда также одновременно записывала активность красного ядра, что позволило напрямую сравнить этот подкортексный драйвер и ещё развивающуюся кору.

Что кора знает — и когда она это знает

На всех возрастах более половины зарегистрированных нейронов моторной коры активировались как во время REM‑подёргиваний, так и при добровольных движениях передней конечности в бодрствующем состоянии. Благодаря тому, что подёргивания коротки и часто затрагивают лишь одну часть тела, команда смогла проверить, насколько специфично отвечает кора. Они обнаружили, что клетки в зоне передней конечности сильно реагировали на подёргивания передней конечности, но не на подёргивания задней конечности, усиков или хвоста. Эта точная соматотопия — по сути «карта лапы» — уже присутствовала к 12‑му дню жизни.

По мере взросления животных временные параметры ответов коры становились острее. Всплески активности, связанные с каждым подёргиванием, становились короче и смещались ближе к моменту движения, что указывает на более точную обработку. Важно, что доля корковых спайков, происходивших непосредственно перед подёргиванием, постепенно увеличивалась и к 20–24 дню достигала примерно одной пятой. Такая премоторная активность намекает на то, что кора начинает участвовать в планировании или инициировании движения, а не только регистрировать сенсорную обратную связь после движения конечности.

Красное ядро по‑прежнему ведёт танец

При сравнении моторной коры с красным ядром на 24‑й день выявилась иная картина. Нейроны красного ядра активировались раньше корковых нейронов как вокруг сонных подёргиваний, так и при движениях в бодрствовании, и гораздо большая часть их активности приходилась на период до начала движения. Активность красного ядра также, как правило, длилась дольше, что свидетельствует о более сильном, более продолжительном командном сигнале. Некоторые нейроны красного ядра были высокоспецифичны, активируясь преимущественно во время определённых поведенческих актов бодрствования, например при движениях, похожих на уходовые движения к лицу, и масштабировали свою активность по направлению и величине движения. Напротив, нейроны коры были в целом менее разборчивы: большинство просто сильнее активировалось при больших движениях, независимо от точного направления или конкретного действия.

Почему сонные подёргивания всё ещё важны

Интересно, что хотя доля корковых клеток, входящих в реакцию на сонные подёргивания, уменьшалась с возрастом, значимая их часть оставалась чувствительной к подёргиваниям даже на 24‑й день. Это предполагает, что подёргивания продолжают снабжать кору ценными сенсорными данными вплоть до периода непосредственно перед тем, как она обретёт прямой контроль над конечностями. Авторы предлагают, что красное ядро генерирует структурированные двигательные паттерны во время сна и бодрствования, которые затем «видит» кора через приходящие сенсорные сигналы. Со временем такое повторное связывание позволяет корковым цепям настроиться на детальную кинематику конечностей.

Мозг на тренировке, ещё не у руля

Проще говоря, эта работа показывает, что у молодого животного глубинное красное ядро действует как инструктор за рулём, а моторная кора едет на пассажирском сиденье, наблюдая за каждым поворотом. Примерно к трём неделям кора внимательнее следит и время от времени пытается взять руль — что проявляется в растущей премоторной активности — но по времени и точности она всё ещё отстаёт от красного ядра. Непрерывная обратная связь как от сонных подёргиваний, так и от движений в бодрствовании, по‑видимому, тренирует кору, пока она в конце концов не сможет взять на себя большую часть управления. Понимание этой развивающейся передачи управления помогает объяснить, почему ранний сон и спонтанные движения так важны для формирования моторных навыков мозга.

Цитирование: Reid, M.R., Sattler, N.J. & Dooley, J.C. Motor cortex activity during sleep and wake movements sharpens across development but continues to lag the red nucleus. Sci Rep 16, 12872 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41754-2

Ключевые слова: развитие моторной коры, сонные подергивания, красное ядро, моторный контроль у младенцев, сенсомоторное созревание