كشفت أبحاث الحبل الشوكي بمركز «RIKEN» لعلوم الدماغ (CBS) في اليابان، بقيادة آيا تاكيوكا، عن رؤى ثورية حوله، ما يدل على قدرته على التعلم الحركي المستقل والذاكرة.

وقد حدد الخبراء مجموعتين رئيسيتين من الخلايا العصبية داخل الحبل الشوكي؛ واحدة ضرورية لاكتساب مهارات حركية جديدة، وأخرى لاستعادة هذه المهارات المكتسبة.

قدرات العمود الفقري

تقليديا، كان يعتقد أن دور الحبل الشوكي في التحكم الحركي هو مجرد دور رجعي، ويعتمد على أوامر الدماغ. ومع ذلك، فإن الأدلة من الطبيعة، مثل الحشرات مقطوعة الرأس التي لا تزال قادرة على التكيف مع حركات أرجلها، تشير إلى وظيفة أكثر استقلالية.

وحتى الآن، ظلت الآليات الكامنة وراء مثل هذه الظواهر لغزا.

وفي هذا يوضح تاكيوكا «ان اكتساب نظرة ثاقبة حول الآلية الأساسية أمر ضروري إذا أردنا فهم أسس تلقائية الحركة لدى الأشخاص الأصحاء واستخدام هذه المعرفة لتحسين التعافي بعد إصابة النخاع الشوكي». وذلك وفق ما نقل موقع «earth.com» عن مجلة «العلوم» المرموقة.

الفئران تتعلم حركات الساق عبر الحبل الشوكي

وللتعمق أكثر في هذه القدرة الذاتية، ابتكر فريق تاكيوكا تجربة باستخدام الفئران. حيث خلق ظروفًا تمكّن الحبل الشوكي للفأر أن يتعلم ويتذكر حركات الساق دون تدخل الدماغ.

وتعرضت الفئران للتحفيز الكهربائي بناءً على موضع رجليها الخلفيتين.

ومن الجدير بالذكر أنه إذا تدلت ساق الفأر، فإن ذلك يؤدي إلى تحفيز، ومحاكاة حدث ضار من الطبيعي أن يرغب الحيوان في تجنبه.

التعلم الدائم للعمود الفقري

لقد كانت النتائج مذهلة؛ إذ انه بعد عشر دقائق فقط من هذا الإعداد، قامت الفئران التجريبية بتعديل أوضاع أرجلها لتجنب التحفيز.

ويعد هذا السلوك مثالًا واضحًا للتعلم الحركي الذي يحدث مباشرة على مستوى العمود الفقري.

علاوة على ذلك، لم يكن هذا التعلم عابرًا؛ فبعد يوم واحد فقط احتفظت الفئران نفسها بأوضاع أرجلها المعدلة، حتى عندما تم عكس الأدوار مع فئران التحكم.

مزيد من الاستكشاف

وفي وقت لاحق، توصل الفريق إلى اكتشاف مهم هو تعطيل الخلايا العصبية في الجزء العلوي من الحبل الشوكي، وخاصة تلك التي تعبر عن الجين Ptf1a، الذي يعيق قدرة الفئران على التكيف مع حركاتها. ونتيجة لذلك، لم تتمكن الفئران من تجنب الصدمات الكهربائية بشكل فعال.

وعلى العكس من ذلك، أثبتت الخلايا العصبية الموجودة في الجزء السفلي البطني من الحبل الشوكي، والتي تعبر عن جين En1، أنها حاسمة في عملية التعلم هذه.

كما كان لإسكات هذه الخلايا العصبية بعد يوم من التكيف الأولي تأثير كبير؛ فلقد جعل الحبل الشوكي غير قادر على تذكر ما تم تعلمه، ما أدى إلى محو «الذاكرة» بشكل فعال.

وفي اكتشاف مهم، كان لتحفيز هذه الخلايا العصبية المعبرة عن En1 أثناء مرحلة الاستدعاء تأثير كبير؛ فلم يقم التحفيز بإعادة السلوك المكتسب فحسب، بل عزز أيضًا سرعة الاستجابة بنسبة 80 في المائة. وهذا يشير إلى قدرة تذكر متضخمة.

نقلة نوعية في التعلم الحركي

وتتحدى هذه النتائج الرائدة وجهة النظر التقليدية القائلة إن التعلم الحركي والذاكرة يتمحوران بشكل حصري حول الدماغ.

من أجل ذلك يقول تاكيوكا «لا تتحدى هذه النتائج فقط الفكرة السائدة بأن التعلم الحركي والذاكرة يقتصران فقط على دوائر الدماغ، ولكننا أظهرنا أنه يمكننا التلاعب في الاسترجاع الحركي للحبل الشوكي؛ الأمر الذي له آثار على العلاجات المصممة لتحسين التعافي بعد تلف الحبل الشوكي».

ويؤكد تاكيوكا «ان هذه الدراسة تعيد تشكيل فهمنا لدور الحبل الشوكي في الوظيفة الحركية. بالإضافة إلى ذلك، انها تفتح آفاقًا جديدة لاستراتيجيات إعادة التأهيل بعد إصابات العمود الفقري، ما يوفر الأمل لتعزيز التعافي والاستقلال لدى الأفراد المتضررين».

التطبيقات المحتملة للحبل الشوكي في التعلم الحركي

يعد استخدام الحبل الشوكي للتعلم، خاصة في سياق الوظائف الحركية، مجالًا مثيرًا لعلم الأعصاب يمكن أن تكون له آثار كبيرة على إعادة التأهيل وتعزيز القدرات الحركية.

إليك كيف يمكننا تسخير قدرات التعلم في الحبل الشوكي:

إعادة التأهيل بعد إصابات العمود الفقري

إن فهم أن الحبل الشوكي يمكن أن يتعلم ويتذكر المهام الحركية بشكل مستقل يفتح طرقًا مبتكرة لإعادة التأهيل بعد إصابات الحبل الشوكي.

يمكن لبرامج إعادة التأهيل المصممة خصيصًا والتي تتضمن التعلم الحركي للعمود الفقري أن تساعد المرضى على استعادة الوظائف الحركية. وقد تتضمن تمارين متكررة ومحددة المهام تشجع الحبل الشوكي على «إعادة تعلم» الحركات حتى في حالة تلف بعض المسارات من الدماغ إلى الحبل الشوكي.

تعزيز اللدونة العصبية

يمكن أن تركز العلاجات على تعزيز اللدونة العصبية داخل الحبل الشوكي.

قد يشمل ذلك الأساليب الدوائية التي تعزز نمو وتقوية الروابط العصبية أو عوامل التغذية العصبية التي تدعم صحة الخلايا العصبية ونموها.

علاجات التحفيز الكهربائي

مثل تحفيز العصب الكهربائي عبر الجلد (TENS) أو العمود الفقري.

يمكن أن يوفر هذا النهج تحكمًا أكثر سهولة في الأطراف الاصطناعية، حيث يمكن للحبل الشوكي أن يتعلم ويتكيف مع الأطراف الصناعية كما لو كان جزءًا طبيعيًا من الجسم.

التدريب الرياضي التكيفي

بالنسبة للرياضيين، وخاصة أولئك الذين يتكيفون مع التغيرات في الحركة أو أولئك الذين يستخدمون الأجهزة المساعدة، يمكن تصميم برامج التدريب لتعظيم قدرات التعلم الحركي للحبل الشوكي.

من شأن هذا التدريب أن يحسن قدرة الحبل الشوكي على تنسيق الحركات المعقدة الخاصة بالرياضات المختلفة، ما يعزز الأداء وكفاءة الحركة.

الارتجاع العصبي والبيولوجي

يمكن استخدام التقنيات التي توفر تعليقات في الوقت الفعلي حول نشاط الحبل الشوكي لتدريب الأفراد على تعديل استجابات الحبل الشوكي لتحسين التحكم الحركي.

كما يمكن أن يكون هذا مفيدًا بشكل خاص في تدريس مهارات حركية جديدة أو في سيناريوهات التعافي؛ حيث تكون الأساليب التقليدية التي تركز على الدماغ أقل فعالية.

البحوث التي تنطوي على الحبل الشوكي والتعلم الحركي

إن الاستمرار في البحث عن قدرات التعلم في الحبل الشوكي يمكن أن يؤدي إلى نماذج جديدة من الوظائف الحركية والاضطراب.

يمكن لهذه النماذج تحسين فهمنا وعلاجنا لمختلف الحالات التي تؤثر على التحكم الحركي، بدءًا من الشلل وحتى ضمور العضلات.

ومن خلال الاستفادة من قدرة الحبل الشوكي على التعلم والتكيف بشكل مستقل عن الدماغ، يمكننا تطوير استراتيجيات وتقنيات علاجية أكثر فعالية تعمل على تحسين القدرة على الحركة، وتعزيز الأداء، وتقديم أمل جديد للأفراد الذين يعانون من إعاقات حركية.