Główny wniosek z obecnego badania wydaje się być sprzeczny z poprzednim badaniem dotyczącym związku między aktywnością motoryczną a wymaganiami przetwarzania poznawczego, które wskazywało, że dzieci z ADHD poruszały się bardziej w wyższych warunkach (zadania 1-back/2-back) w porównaniu z niższymi warunkami zapotrzebowania na przetwarzanie poznawcze (zadania z czasem reakcji prostej/wyboru) (Hudec i in., 2015). Zadania o najniższych wymaganiach w zakresie przetwarzania poznawczego w badaniu Hudec i in. (2015) (tj. zadania związane z czasem reakcji) wymagały jednak znacznie mniej wymagających procesów wyższego poziomu w porównaniu z zadaniem o najniższych wymaganiach poznawczych w bieżącym badaniu (rozpiętość cyfr do przodu) i mogą odpowiadać za rozbieżne wyniki. W przeciwieństwie do tego, główne wyniki obecnego badania są zgodne z niedawną metaanalizą, w której zbadano związek między zapotrzebowaniem poznawczym a poziomem aktywności w ADHD i stwierdzono, że wyższy poziom aktywności występował podczas zadań o wysokim popycie poznawczym (np. zadań związanych z funkcjonowaniem wykonawczym, takich jak zadania eksperymentalne w obecnym badaniu) w porównaniu z zadaniami o niskim popycie poznawczym, takimi jak malowanie. swobodna zabawa i oglądanie telewizji (tj. podobne do czynności rysunkowych, w które angażowały się dzieci podczas obecnego badania) (Kofler i in., 2016)

Główny wniosek z badania – a mianowicie, że aktywność motoryczna dzieci wzrosła ponad dwukrotnie w stosunku do wyjściowego stanu kontrolnego do poziomu bezwzględnego w czterech warunkach zadań poznawczych – był zgodny z wyjaśnieniem "wszystko albo nic". Ogólna wielkość wzrostu aktywności motorycznej dużej była zadziwiająco podobna dla obu grup, chociaż dzieci z ADHD konsekwentnie wykazywały wyższy poziom ruchu w porównaniu z dziećmi TD. Odkrycie, że regulacja w górę ruchu fizycznego nie różni się znacząco po nałożeniu ogólnych (np. kodowanie/krótkie zachowywanie informacji związanych z zadaniem) i wyższego poziomu wymagań dotyczących przetwarzania poznawczego (tj. stabilizowania, aktualizowania i działania na informacji) sugeruje, że umiarkowany poziom ruchu fizycznego jest potrzebny do promowania mechanizmów związanych z pobudzeniem, gdy jest zaangażowany w czynnościach poznawczych związanych z układem WM i że po osiągnięciu tego poziomu dodatkowy ruch jest zbędny (Hebb, 1955; Yerkes & Dodson, 1908). Dynamika leżąca u podstaw tej proponowanej relacji pozostaje jednak spekulatywna i wymaga empirycznej analizy obejmującej nałożenie wymagań poznawczych i jednoczesny pomiar poziomu aktywności i mechanizmów pobudzenia związanych z mózgiem.

Aby zbadać, w jaki sposób BG kontroluje dobrowolne ruchy, od dawna badamy odpowiedź w GPi / SNr indukowaną stymulacją korową, która przypuszczalnie naśladuje pobudzenie korowe w celu zainicjowania ruchów dobrowolnych (ryc. 1).Stymulacja elektryczna w korze ruchowej i przedczołowej indukuje odpowiedź trójfazową składającą się z wczesnego pobudzenia (ryc. 1B, magenta), zahamowania i późnego pobudzenia w GPi/SNr małp, gryzoni i prawdopodobnie ludzi.W każdym składniku pośredniczą odpowiednio szlaki korowo-podwzgórzowe (STN)-GPi/SNr, korowo-prążkowiowe (Str)-GPi/SNr bezpośrednie i korowo-Str-zewnętrzne pallido (GPe)-STN-GPi/SNr (ryc. 1A). [4,5,6,7,8].Kiedy mają zostać zainicjowane dobrowolne ruchy, sygnały przez szlak hiperbezpośredni najpierw docierają do GPi/SNr, hamują aktywność korowo-wzgórzową, resetują aktywność korową związaną z trwającymi ruchami i przygotowują się do działania.Sygnały drogą bezpośrednią docierają do GPi/SNr, odhamowują aktywność korowo-wzgórzową i uwalniają odpowiedni ruch w odpowiednim czasie.Sygnały przez szlak pośredni docierają do GPi/SNr, hamują aktywność korowo-wzgórzową i zatrzymują ruch uwalniany przez szlak bezpośredni.Wejścia hamujące przez szlak bezpośredni kończą się w stosunkowo małym, ograniczonym obszarze w GPi/SNr (ryc. 1C, niebieski), podczas gdy wejścia pobudzające przez szlaki hiperbezpośrednie i pośrednie kończą się na dużym obszarze[9,10], tworząc w ten sposób organizację przestrzenną centrum hamującego i pobudzająco-przestrzennego w GPi/SNr. Hamowanie w obszarze środkowym wyzwoliłoby wybrany ruch, podczas gdy wzbudzenie w otaczającym obszarze stale hamowałoby inne niezamierzone ruchy.Aktywacja szlaków hiperbezpośrednich i pośrednich tłumiła ruchy, podczas gdy aktywacja szlaku bezpośredniego ułatwiała ruchy. [4,7,8,11,12].Badaliśmy, w jaki sposób wzorce odpowiedzi indukowane korowo w GPi / SNr są zmieniane w różnych modelach zaburzeń ruchowych (ryc. 2, wykreślone w płaszczyźnie hiperkinetycznej i hipertoniczno-hipotonicznej) i chcielibyśmy omówić ich patofizjologię w oparciu o dynamiczny model aktywności

Aby przetestować tę hipotezę,oszacowaliśmy siłę połączeń strukturalnych między kluczowymi węzłami systemów pobudzenia noradrenergicznego i cholinergicznego(tmiejsce sinawe[ LC ] ijądro podstawne Meynerta[ nbM ], odpowiednio). Następnie zapytaliśmy, czy wytrzymałość strukturalnego LC iWzajemna łączność nbM była związana z indywidualnymi różnicami w powstających, dynamicznych sygnaturachintegracji funkcjonalnej mierzonej na podstawie danych fMRI stanu spoczynku, takich jak topografia sieci i atraktorów. Zaobserwowaliśmy znaczącą pozytywną zależność między siłą połączeń istoty białej między LC i nbM a stopniem integracji na poziomie sieci po szczytach sygnału BOLD w LC w stosunku do aktywności nbM . Ponadto osoby z gęstszymi liniami istoty białej łączącymi ośrodki neuromodulacyjne również wykazały zwiększoną zdolność do przechodzenia do nowych stanów mózgu. Wyniki te sugerująże osoby z silniejszymi połączeniami strukturalnymi pomiędzy noradrenergią iukłady cholinergicznemają większą zdolność do pośredniczenia w elastycznej siecidynamikawymagane do wspierania złożonych, adaptacyjnych zachowań. Ponadto,nasze wyniki podkreślają podstawowe cechy statyczne ośrodków neuromodulacyjnych, które mogą nakładać pewne ograniczenia na dynamiczne cechy mózgu.