De dolda hjärnanslutningarna mellan våra händer och tungor | Quanta Magazine

En dag när jag trådade en nål för att sy en knapp märkte jag att min tunga stack ut. Samma sak hände senare, när jag försiktigt klippte ut ett fotografi. Sedan en annan dag, när jag satte mig betänkligt på en stege och målade fönsterkarmen i mitt hus, var den där igen!

Vad händer här? Jag sticker inte medvetet ut min tunga när jag gör de här sakerna, så varför fortsätter den att dyka upp? När allt kommer omkring är det inte som om den där mångsidiga språkmuskeln har något att göra med att kontrollera mina händer. Höger?

Men som jag skulle lära mig är våra tunga- och handrörelser intimt relaterade på en omedveten nivå. Denna märkliga interaktions djupa evolutionära rötter hjälper till och med att förklara hur vår hjärna kan fungera utan medveten ansträngning.

En vanlig förklaring till varför vi sticker ut tungan när vi utför precisionshandrörelser är något som kallas motorspill. I teorin kan det krävas så mycket kognitiv ansträngning att trä en nål (eller utföra andra krävande finmotoriska färdigheter) att våra hjärnkretsar blir översvämmade och träffar intilliggande kretsar, vilket aktiverar dem på ett olämpligt sätt. Det är säkert sant att motoröversvämning kan hända efter neural skada eller i tidig barndom när vi lär oss att kontrollera våra kroppar. Men jag har för mycket respekt för våra hjärnor för att köpa den där "begränsade hjärnbandbredden" förklaringen. Hur uppstår då denna egendomliga hand-mun-överhörning egentligen?

Genom att spåra tungans neurala anatomi och handkontroll för att lokalisera var en kortslutning kan inträffa, finner vi först och främst att de två styrs av helt olika nerver. Detta är vettigt: En person som drabbas av en ryggmärgsskada som förlamar händerna förlorar inte sin förmåga att tala. Det beror på att tungan styrs av en kranialnerv, men händerna styrs av spinalnerver.

Dessa är fundamentalt olika sorters nerver. Kraniala nerver penetrerar skallen genom små öppningar, som ansluter direkt till hjärnan. Var och en utför en specifik sensorisk eller motorisk funktion; den första kranialnerven, till exempel, förmedlar luktsinnet. Tungan styrs av den 12:e kranialnerven, kallad hypoglossal nerv. Däremot får musklerna som styr våra handrörelser, precis som de flesta andra muskler i vår kropp, instruktioner från nerver som sträcker sig ut från vår ryggmärg och trär sig fram mellan våra kotor. Sensoriska signaler gör den omvända resan. Uppenbarligen måste all kortslutning mellan tungan och handkontrollkretsen härröra uppströms om dessa två nerver, någonstans inne i själva hjärnan.

När vi tittar på neurala ledningarna i hjärnans motoriska cortex ser vi att områdena som styr tungan inte ligger i anslutning till regionen som styr fingrarna. Länken mellan tunga och händer måste därför vara någon annanstans i hjärnan, troligen i ett område där komplexa neurala kretsar utför mycket sofistikerade funktioner. En av de mest sofistikerade funktionerna som människor kan utföra är trots allt tal - det verkar verkligen vara unikt för människor. Det näst mest sofistikerade vi kan göra är att behärska användningen av verktyg. Noterbart, i var och en av de olika situationerna där min tunga stack ut, använde jag ett verktyg: en nål, sax eller en pensel.

Det sambandet bekräftas av forskning visar att hand- och munrörelser är tätt samordnade. Faktum är att det samspelet ofta förbättrar prestandan. Kampsportare skriker korta explosiva yttranden, kallade kiai i karate, när de utför stötande rörelser; tennisspelare skriker ofta när de slår bollen. Och forskning visar att koppling av handrörelser med specifika munrörelser, ofta med vokalisering, förkortar reaktionstiden som behövs för att göra båda. Den här neurala kopplingen är så medfödd att vi vanligtvis är omedvetna om den, men vi gör detta kontinuerligt utan medvetenhet eftersom de involverade neurala kretsarna finns i en region av hjärnan som fungerar automatiskt - den ligger bokstavligen under hjärnregioner som ger medveten medvetenhet.

Handrörelser finns i två generella former: Power grip-rörelser innebär att man öppnar och stänger en knytnäve, medan precisionshandrörelser innebär känslig nypning mellan tummen och pekfingret. Dessa två typer av handrörelser, vi har lärt oss, åtföljs ofta av olika tung- och munrörelser. Ta till exempel rörelserna som gjordes av den bortgångne rocksångaren Joe Cocker, som var känd för sina vilda arm- och handgester under framträdanden. Delvis var dessa luftgitarr- och pianopantomimer, men Cocker spelade inte något av instrumenten, så de speglade sannolikt också en naturlig koppling mellan hand och mun. Han visade ofta kraftgreppsrörelsen av en öppen näve när hans tunga drogs tillbaka när han sjöng en öppen vokal som "aw".

Vid andra tillfällen stötte Cockers tunga framåt när han sjöng vokalljudet "yee", medan hans högra hand (på halsen på hans luftgitarr - han var vänsterhänt) utförde en precisionsrörelse och nyper hans tumme och fingrar som om han plockade upp ett litet föremål eller fingrade ett svårt ackord.

Forskare har under det senaste decenniet visat att taktila förnimmelser från våra känsliga fingertoppar och tunga ofta är sammankopplade i vår hjärna på sätt som påverkar prestandan. Precis som i Cockers framträdanden är ljud med öppen mun förknippade med kraftgreppsrörelser och vokaliseringar med tungan framåt med finmanipulerade fingerrörelser. Faktum är att ny forskning publiceras som ett förtryck medan studien är under revidering för publicering i tidskriften Psykologisk forskning antyder att om Cocker hade blandat ihop sina hand- och munrörelser, så skulle han troligen ha flubbat sin sångprestation.

I den nya studien läste testpersoner tyst eller talade högt ett av två olika ljud - "tih" eller "ka" - medan forskarna mätte sina reaktionstider när de utförde ett kraftgrepp eller en precisionsgreppuppgift. Spetsen på tungan stöter framåt mot eller nära framtänderna för att göra "tih"-ljudet, vilket bör motsvara att göra precisionsrörelser med fingrarna. Däremot drar tungan sig tillbaka mot baksidan av munnen för att göra "ka"-ljudet, vilket motsvarar handrörelser med kraftgrepp. När försökspersonerna läste eller verbaliserade ljud som var oförenliga med deras handrörelser, var deras reaktionstider märkbart långsammare. Det visar hur djupt rotad koordinationen mellan tunga och hand är i de omedvetna neurala kretsarna i vår hjärna.

Varifrån kom denna samordning? Det har troligen sitt ursprung i våra gamla förfäders hand-till-mun-matningsrörelser och deras utveckling av språk, eftersom talat språk vanligtvis åtföljs av automatiska handrörelser. Förmodligen var handgester den första typen av kommunikation som utvecklades, och de blandades gradvis med lämpliga stavelseyttringar - munljud - som möjliggjorde språk. Faktum är att studier av funktionell hjärnavbildning visar att specifika tung- och handrörelser aktiverar samma region av hjärnan i den premotoriska cortex (F5-regionen). Dessutom samma neuroner i premotoriskt område eld när en apa tar tag i ett föremål med sin mun eller sin hand. Elektrisk stimulering av samma område triggar en apas hand att göra en grepprörelse medan dess mun öppnas och dess hand rör sig till munnen.

Verktygsanvändning aktiverar också dessa neuroner, och verktyg används ofta i matlagning, ätande och kommunikationsformer (som att skissa exakta former med en penna eller att skriva på ett tangentbord). En individs kunskaper i precisionsverktygsanvändning förutsäger sin språkliga förmåga, och det fyndet stämmer överens med den partiella överlappningen i våra neurala nätverk mellan språk och motorik för verktygsanvändning. Hos människor motsvarar den relevanta delen av hjärnan en del som är kritisk för tal, och neuroimaging-studier hos människor indikerar ett nära samband mellan hjärnregioner relaterade till talproduktion och de som kontrollerar handrörelser.

Med alla dessa kopplingar är det inte konstigt att tungan kikar fram under stunder av manuell koncentration. Det verkar förmodligen bara konstigt för oss eftersom vi tenderar att tänka på hjärnan som en sofistikerad maskin, konstruerad för att ta in bitar av information, beräkna dem och kontrollera muskler för att interagera med vår miljö. Men hjärnan är en agglomeration av celler, inte ett konstruerat system. Det utvecklades för att maximera överlevnaden i en komplex värld. För att uppnå detta mål effektivt blandar hjärnan funktioner på sätt som kan tyckas som om något har gått fel, men det har en bra anledning. Hjärnan blandar tung- och handrörelser med ljud och känslor eftersom den kodar för upplevelser och utför komplexa rörelser på ett holistiskt sätt - inte som diskreta enheter hoptränade som rader av datorkod, utan som delar av ett större konceptuellt syfte och sammanhang.

När jag upptäckte att min tunga stack ut mellan mina tänder, förbättrade faktiskt de gamla och djupt liggande kablarna i min hjärna som kontrollerade min tunga och händer min prestation. Om du märker att du gör detsamma, skäms inte - inse bara den fantastiska effektiviteten hos våra hjärnfunktioner och var tacksam för hjälpen.