يبحث الدماغ عن أفضل طريقة لتحريك الجسم

قام بحث مهتم بدراسة كيفية تكيّف الجسم مع الحركات الجديدة بإلقاء ضوء جديد على كيفية تعلم الجهاز العصبي، مما قد يساعد في توفير معلومات لمجموعة واسعة من التطبيقات، ابتداءً من إعادة التأهيل المخصصة والتدريب الرياضي إلى الأنظمة القابلة للارتداء بهدف الرعاية الصحية. نُشر البحث هذا الأسبوع في مجلة Current Biology.

يقول كبير مؤلفي الدراسة وأستاذ جامعة SFU ماكس دونيلان، ومدير مختبر لوكوموشن في SFU: «كيف يكتشف دماغنا أفضل طريقة لتحريك أجسامنا؟ اتضح أن هذا يمكن أن يمثل مشكلة صعبة للجهاز العصبي، مع الأخذ في الحسبان أن لدينا مئات العضلات التي يمكن تنسيقها مئات المرات في الثانية، مع المزيد من أنماط التنسيق الممكنة للاختيار من بينها من الحركات المتاحة».

غالبًا ما نشهد تغييرات في أجسامنا وبيئتنا، ربما تستمتع بالجري لمسافات طويلة في صباح السبت – قد تتعب عضلاتك مع زيادة مسافة الجري. ربما اخترت الجري على الشاطئ في إجازة – قد تكون الرمال غير متساوية ورخوة مقارنةً بالرصيف على جانب الطريق. على الرغم أنه بإمكاننا تسجيل حدوث هذه التغييرات، فقد لا ندرك كيف يتكيف جسمنا مع هذه التغييرات».

تعاون فريق دونيلان Donelan من علماء الأعصاب الذين يدرسون التعلم الحركي مع فريق من المهندسين الميكانيكيين بجامعة ستانفورد الذين يصممون أنظمة الإنسان الآلي. فتتبعوا معًا خصائص السير للمشاركين في الدراسة وهم يرتدون الهياكل الخارجية.

النتائج

وجد الباحثون أن الجهاز العصبي يحل مشكلة تعلم نمط تنسيق حركي جديد من خلال استكشاف وتقييم العديد من أنماط التنسيق المختلفة أولًا. قيسَ هذا الاستكشاف على أنه زيادة عامة في التباين الذي يشمل مستويات حركة المفاصل والعضلات بأكملها.

من خلال الخبرة، وجدنا أن الجهاز العصبي يتكيف مع جوانب معينة من الحركة ويقلل في نفس الوقت التباين في هذه الجوانب. وجد الباحثون أيضًا أن هذه التغييرات التكيفية حسّنت الحركة عمومًا، مما قلل من الطاقة المستهلكة للمشي بما يقارب 25%.

تقول سابرينا أبرام، الكاتبة الرئيسية للدراسة وطالبة الدراسات العليا السابقة في مختبر لوكوموشن: «أنشأنا سياقات جديدة باستخدام الهياكل الخارجية التي تعمل على المساعدة في المشي، ثم درسنا كيف يستكشف الناس حركات جديدة ويتعلمون المزيد من الحركات المثلى». جرّب المشاركون المشي في هذا السياق على مدار ستة أيام، نتج عن ذلك قرابة 30 ساعة من وقت المختبر لكل منها وكمية غير عادية من البيانات التي جمعتها المؤلفة المشاركة كاثرين بوجينسي.

تضيف أبرام أنه بينما يبدو أن الجهاز العصبي يستفيد من البحث الأول ضمن العديد من أنماط التنسيق المختلفة، فإنه يستفيد أيضًا من تقليل مساحة البحث هذه بمرور الوقت. «هذا لأن الاستمرار في البحث بين أنماط التنسيق التي تقلل بالفعل من استهلاك الطاقة يمكن أن يؤدي بدوره إلى زيادة هذه الطاقة، فضلًا عن تفاقم المشكلة المستعصية في الأصل والمتمثلة في معرفة أفضل طريقة للتحرك».

التطبيقات

إن فهم الكيفية التي يبحث بها الدماغ عن أفضل طريقة لتحريك الجسم واكتشافها هو أمر مهمٌ للعداء الذي يتنقل في تضاريس جديدة، وكذلك المريض الذي يتعافى من إصابة في العمود الفقري أو سكتة دماغية.

على سبيل المثال، معرفة متى يتكيف الجسم مع نظام تدريب جديد يمكن أن يساعد المدربين في تحديد النقطة التي يجب أن ينتقل فيها الرياضي إلى تعلم مهارات جديدة. يمكن أن يكون هذا مفيدًا أيضًا في تصميم الأنظمة القابلة للارتداء -مثل الهياكل الخارجية والأطراف الصناعية- من خلال تسهيل التعلم، ثم تقييم استجابات الأشخاص المثلى لمجموعة من التصاميم.

يبيّن دونيلان: «نود جميعًا أن نتحرك بأفضل طريقة ممكنة. بالنسبة للأشخاص الأصحاء، يبدو أنه في ظل الظروف المناسبة، يمكن للدماغ أن يعتني بذلك. بالنسبة لأولئك الذين يتعافون من الإصابة، قد نتعلم أفضل طريقة لإعادة تأهيل هذه الإصابة من خلال فهم أفضل لكيفية تعلم الجهاز العصبي على التكيف».