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Basal ganglia neural mechanisms of natural movement sequences

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Abstract:

Natural rodent grooming and other instinctive behavior serves as a natural model of complex movement sequences. Rodent grooming has syntactic (rule-driven) sequences and more random movement patterns. Both incorporate the same movements—only the serial structure differs. Recordings of neural activity in the dorsolateral striatum and the substantia nigra pars reticulata indicate preferential activation during syntactic sequences over more random sequences. Neurons that are responsive during syntactic grooming sequences are often unresponsive or have reverse activation profiles during kinematically similar movements that occur in flexible or random grooming sequences. Few neurons could be categorized as strictly movement related—instead they were activated only in the context of particular sequential patterns of movements. Particular sequential patterns included "syntactic chain" grooming sequences of paw, head, and body movements and also "warm-up" sequences, which consist of head and body/limb movements that precede locomotion after a period of quiet resting (Golani 1992). Activation during warm-up was less intense and less frequent than during grooming sequences, but both sequences activated neurons above baseline levels, and the same neurons sometimes responded to both sequences. The fact that striatal neurons code 2 natural sequences which are made up of different constituent movements suggests that the basal ganglia may have a generalized role in sequence control. The basal ganglia are modulated by the context of the sequence and may play an executive function in the complex natural patterns of sequenced behaviour.Key words: movement, basal ganglia, striatum, movement sequences, sensorimotor behaviour.

La toilette qu'effectuent naturellement les rongeurs ainsi que d'autres comportements instinctifs servent de modèle naturel de séquences de mouvement complexes. La toilette des rongeurs comporte des séquences syntaxiques (dérivant de règles) et des mouvements effectués au hasard. Il s'agit dans les 2 cas des mêmes mouvements : seule la structure sérielle diffère. Les enregistrements de l'activité neurale dans le striatrum dorsolatéral et la substance noire pars reticulata indiquent une activation préférentielle pendant les séquences syntaxiques plutôt que pendant les séquences aléatoires. Les neurones qui réagissent pendant les séquences syntaxiques souvent ne réagissent pas ou ont des profils d'activation inversés pendant des mouvements cinématiquement similaires qui se produisent au cours de séquences flexibles ou aléatoires. Peu de neurones ont pu être associés strictement au mouvement; ils ne sont plutôt activés que dans le contexte de séries séquentielles particulières de mouvements. Les séries séquentielles particulières incluent la « chaîne syntaxique » de la toilette des pattes, de la tête et du corps ainsi que les séquences de « réchauffement », formées des mouvements de la tête et du corps et des membres qui précèdent la locomotion après une période de repos (Golani 1992). L'activation pendant le réchauffement était moins intense et moins fréquente que pendant les séquences de toilette, mais la quantité de neurones activés pour les 2 séquences dépassait les niveaux de base, et ces mêmes neurones réagissaient parfois aux 2 séquences. Le fait que les neurones striataux codent 2 séquences naturelles, composées de mouvements différents, semble indiquer que les noyaux gris centraux jouent un rôle généralisé dans le contrôle de la séquence. Les noyaux gris centraux sont modulés par le contexte de la séquence et remplissent peut-être une fonction exécutive dans les schémas naturels complexes des comportements séquentiels.Mots clés : mouvement, noyaux gris centraux, striatum, séquences de mouvement, comportement sensorimoteur.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2004

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