De skjulte hjerneforbindelsene mellom våre hender og tunger | Quanta Magazine

En dag, mens jeg trådte en nål for å sy en knapp, la jeg merke til at tungen min stakk ut. Det samme skjedde senere, da jeg forsiktig klippet ut et fotografi. Så en annen dag, da jeg satt usikkert på en stige og malte vinduskarmen til huset mitt, var den der igjen!

Hva foregår her? Jeg stikker ikke tungen ut med vilje når jeg gjør disse tingene, så hvorfor fortsetter den å dukke opp? Tross alt er det ikke som om den allsidige språkmuskelen har noe å gjøre med å kontrollere hendene mine. Ikke sant?

Men som jeg ville lære, er tunge- og håndbevegelsene våre nært knyttet til hverandre på et ubevisst nivå. Denne særegne interaksjonens dype evolusjonære røtter hjelper til og med å forklare hvordan hjernen vår kan fungere uten bevisst innsats.

En vanlig forklaring på hvorfor vi stikker ut tungen når vi utfører presise håndbevegelser er noe som kalles motoroverløp. I teorien kan det kreve så mye kognitiv innsats for å tre en nål (eller utføre andre krevende finmotoriske ferdigheter) at hjernekretsene våre blir oversvømmet og støter inn på tilstøtende kretser, og aktiverer dem upassende. Det er absolutt sant at motoroverløp kan skje etter nevrale skader eller i tidlig barndom når vi lærer å kontrollere kroppen vår. Men jeg har for mye respekt for hjernen vår til å kjøpe den "begrensede hjernebåndbredden"-forklaringen. Hvordan oppstår da egentlig denne særegne hånd-munn-krysstalen?

Ved å spore den nevrale anatomien til tungen og håndkontrollen for å finne ut hvor en kortslutning kan skje, finner vi først og fremst at de to styres av helt forskjellige nerver. Dette gir mening: En person som får en ryggmargsskade som lammer hendene mister ikke evnen til å snakke. Det er fordi tungen styres av en kranialnerve, men hendene styres av spinalnerver.

Dette er fundamentalt forskjellige typer nerver. Kranienerver trenger inn i skallen gjennom små åpninger, som kobles direkte til hjernen. Hver og en utfører en spesifikk sensorisk eller motorisk funksjon; den første kranienerven, for eksempel, formidler luktesansen. Tungen styres av den 12. kranialnerven, kalt hypoglossal nerve. Derimot mottar musklene som kontrollerer håndbevegelsene våre, som de fleste andre muskler i kroppen vår, instruksjoner fra nerver som strekker seg ut fra ryggmargen og trer seg mellom ryggvirvlene. Sansesignaler gjør den motsatte reisen. Det er klart at enhver kortslutning mellom tunge og håndkontrollkretser må stamme oppstrøms for disse to nervene, et sted inne i selve hjernen.

Ser vi videre på nevrale ledninger til hjernens motoriske cortex, ser vi at områdene som kontrollerer tungen ikke er ved siden av regionen som kontrollerer fingrene. Koblingen mellom tunge og hender må derfor være et annet sted i hjernen, mest sannsynlig i et område der komplekse nevrale kretsløp utfører svært sofistikerte funksjoner. Tross alt er en av de mest sofistikerte funksjonene som mennesker kan utføre tale - faktisk ser det ut til å være unikt for mennesker. Det nest mest sofistikerte vi kan gjøre er å mestre bruken av verktøy. Spesielt i hver av de forskjellige situasjonene der tungen min stakk ut, brukte jeg et verktøy: en nål, saks eller en pensel.

Den sammenhengen bekreftes av forskning viser at hånd- og munnbevegelser er tett koordinert. Faktisk forbedrer det samspillet ofte ytelsen. Kampsportsutøvere skriker korte eksplosive ytringer, kalt Kiai i karate, når de utfører skyvebevegelser; tennisspillere roper ofte mens de slår ballen. Og forskning viser at kobling av håndbevegelser med spesifikke munnbevegelser, ofte med vokalisering, forkorter reaksjonstiden som trengs for å gjøre begge deler. Denne nevrale koblingen er så medfødt, vi er vanligvis uvitende om den, men vi gjør dette kontinuerlig uten bevissthet fordi de involverte nevrale kretsene er i en region av hjernen som fungerer automatisk - den ligger bokstavelig talt under hjerneregioner og gir bevisst bevissthet.

Håndbevegelser kommer i to generelle former: Kraftgrepsbevegelser involverer åpning og lukking av en knyttneve, mens presise håndbevegelser innebærer delikat klyping mellom tommel og pekefinger. Disse to typene håndbevegelser, vi har lært, er ofte ledsaget av forskjellige tunge- og munnbevegelser. Ta for eksempel bevegelsene gjort av den avdøde rockesangeren Joe Cocker, som var kjent for sine ville arm- og håndbevegelser under opptredener. Til dels var disse luftgitar- og pianopantomimer, men Cocker spilte ikke noen av instrumentene, så de reflekterte sannsynligvis også en naturlig forbindelse mellom hånd og munn. Han viste ofte kraftgrepsbevegelsen til en åpen knyttneve når tungen hans ble trukket tilbake mens han sang en åpen vokal som «aw».

Andre ganger presset Cockers tunge frem mens han sang vokallyden "yee", mens høyre hånd (på halsen på luftgitaren hans - han var venstrehendt) utførte en presis bevegelse, og klype tommelen og fingrene hans som om han plukket opp en liten gjenstand eller fingret en vanskelig akkord.

Forskere har vist det siste tiåret at taktile sensasjoner fra våre sensitive fingertupper og tunge ofte er koblet sammen i hjernen vår på måter som påvirker ytelsen. Akkurat som i Cockers forestillinger, er lyder med åpen munn assosiert med kraftgrepsbevegelser og vokaliseringer med tungen fremover med finmanipulerte fingerbevegelser. Faktisk er ny forskning lagt ut som et preprint mens studien er under revisjon for publisering i tidsskriftet Psykologisk forskning antyder at hvis Cocker hadde blandet hånd- og munnbevegelsene hans, ville han sannsynligvis ha flubbet vokalprestasjonen.

I den nye studien leste testpersoner stille eller snakket høyt en av to forskjellige lyder - "tih" eller "ka" - mens forskerne målte reaksjonstiden deres når de utførte et kraftgrep eller en presisjonsgrepsoppgave. Spissen av tungen skyver fremover mot eller nær fortennene for å lage "tih"-lyden, som skal tilsvare å gjøre presise bevegelser med fingrene. Derimot trekker tungen seg tilbake mot baksiden av munnen for å lage "ka"-lyden, som tilsvarer kraftgrepshåndbevegelser. Når forsøkspersonene leste eller verbaliserte lyder som var uforenlige med håndbevegelsene deres, var reaksjonstiden deres merkbart langsommere. Det viser hvor dypt inngrodd koordineringen mellom tunge og hånd er i det ubevisste nevrale kretsløpet i hjernen vår.

Hvor kom denne koordineringen fra? Det har sannsynligvis sin opprinnelse i våre gamle forfedres hånd-til-munn-matingsbevegelser og deres utvikling av språk, fordi talespråk vanligvis ledsages av automatiske håndbevegelser. Antagelig var håndbevegelser den første typen kommunikasjon som utviklet seg, og de ble gradvis blandet med passende stavelsesytringer - munnlyder - som tillot språk. Faktisk viser funksjonelle hjerneavbildningsstudier at spesifikke tunge- og håndbevegelser aktiverer den samme regionen av hjernen i den premotoriske cortex (F5-regionen). Videre er de samme nevronene i premotorisk område brann når en ape griper en gjenstand med munnen eller hånden. Elektrisk stimulering av dette samme området trigger en apes hånd til å gjøre en gripebevegelse mens munnen åpnes, og hånden beveger seg til munnen.

Verktøybruk aktiverer også disse nevronene, og verktøy brukes ofte i matlaging, spising og kommunikasjonsformer (som å skissere presise former med en blyant eller å skrive på et tastatur). En persons ferdigheter i bruk av presisjonsverktøy forutsier deres språklige evner, og det funnet stemmer overens med den delvise overlappingen i våre nevrale nettverk mellom språk og motoriske ferdigheter ved bruk av verktøy. Hos mennesker tilsvarer den aktuelle delen av hjernen en del som er kritisk for tale, og neuroimaging studier hos mennesker indikerer en nær sammenheng mellom hjerneregioner relatert til taleproduksjon og de som kontrollerer håndbevegelser.

Med alle disse forbindelsene er det ikke rart at tungen titter frem i øyeblikk med manuell konsentrasjon. Det virker sannsynligvis bare rart for oss fordi vi har en tendens til å tenke på hjernen som en sofistikert maskin, konstruert for å ta inn biter av informasjon, beregne dem og kontrollere muskler for å samhandle med miljøet vårt. Men hjernen er en agglomerasjon av celler, ikke et konstruert system. Den utviklet seg for å maksimere overlevelse i en kompleks verden. For å oppnå dette målet effektivt, blander hjernen funksjoner på måter som kan virke som om noe har gått galt, men det har en god grunn. Hjernen blander tunge- og håndbevegelser med lyder og følelser fordi den koder for opplevelser og utfører komplekse bevegelser på en helhetlig måte - ikke som diskrete enheter trukket sammen som linjer med datakode, men som deler av et større konseptuelt formål og kontekst.

Da jeg fant tungen min presset ut mellom tennene mine, forbedret faktisk de eldgamle og dyptliggende ledningene i hjernen min som kontrollerte tungen og hendene min ytelse. Hvis du finner deg selv å gjøre det samme, ikke vær flau - bare gjenkjenne den fantastiske effektiviteten til hjernefunksjonene våre og vær takknemlig for hjelpen.