سلسله مراتب حرکتی

مترجم: دکتر احسان الله محمدی - متخصص مغز و اعصاب
راجع به گرفتن توپ فکر کنید. آیا عملی راحت است؟ ممکن است این طور به نظر برسد اما برای هماهنگ کردن حتی این حرکت ساده، مغز شما باید بعضی از اعمال خارق العاده را انجام دهد. ما همه این اعمال را برنامه ریزی شده می دانیم. آیا توپ سبک است یا سنگین؟ از کدام جهت می آید و با چه سرعتی می رود؟ انجام این اعمال نیاز به یک هماهنگی دارد. چگونه بازوهای یک نفر به طور خود به خود برای گرفتن هماهنگ می شوند و چه راهی بهترین راه برای دریافت توپ است؟ اجرای این اعمال به این صورت است که: آیا بازوی شما در جای درست قرار می گیرد و آیا انگشتان شما به موقع برای گرفتن توپ جمع می شوند؟ دانشمندان علوم اعصاب هم اکنون می دانند که نواحی زیادی از مغز مشغول اعمالی این چنین می شوند. فعالیت عصبی در این نواحی با یکدیگر جمع شده تا یک دسته فرمان را از قشر مخ و گانگلیون پشتی تشکیل داده و به مخچه و طناب عصبی برسانند.
اتصال ماهیچه ای عصبی
کم ترین سلسله مراتب حرکتی در طناب عصبی نیز شامل صدها سلول عصبی تخصصی یافته به نام نورون‌های حرکتی هستند که سرعت انتقال پیام هایشان را افزایش می‌دهند. آکسون های این نورون ها به داخل ماهیچه ها یعنی جایی که فیبرهای ماهیچه ای را فعال می‌کنند وارد می شوند. انشعاب های انتهایی آکسون های این نورون های حرکتی اتصالات ماهیچه ای عصبی تخصصی یافته را بر روی تعداد محدودی فیبرهای ماهیچه ای درون یک ماهیچه شکل می‌دهند. هر پتانسیل عمل در یک نورون حرکتی باعث آزاد شدن ناقلین شیمیایی عصبی از انتهای عصب می‌شود و پتانسیل عمل مشابهی در فیبرهای ماهیچه ای ایجاد می‌کند. این عمل باعث می‌شود که یون های کلسیم از فضاهای بین سلولی داخل هر فیبر ماهیچه آزاد شوند. در عوض این عمل باعث انقباض فیبرهای ماهیچه ای می‌شود که تولید فشار و حرکت می‌کنند.
اعمال الکتریکی در ماهیچه های دست حتی از روی پوست نیز می توانند با دستگاه تقویت کننده ثبت شوند )EMGS( و این ثبت های الکترومیوگراف می توانند برای اندازه گیری میزان فعالیت در هر ماهیچه مورد استفاده قرار گیرند. طناب عصبی نقش مهمی در کنترل ماهیچه ها در مسیر واکنش های غیر ارادی بازی می‌کند. از جمله این واکنش ها می توان واکنش های غیر ارادی شما را که در برابر اشیای تیز یا گرم محافظت می کنند و واکنش های کششی که در ایجاد حالت بدن نقش دارند ، نام برد. واکنش شناخته شده خود به خودی لرزش زانو یک مثال از واکنش های غیر ارادی کششی و نسبتا استثنایی است زیرا تنها دو نمونه سلول عصبی در آن دخیل هستند. نورون های حسی که در طول ماهیچه پیام را مخابره کرده از طریق سیناپس ها به نورون های حرکتی متصل شده و باعث حرکت می شوند. این واکنش های خود به خودی با تعدادی واکنش های پیچیده تر نظیر حرکت موزون پا در هنگام راه رفتن و یا دویدن در محیط ستون فقرات که رفتارهای تکامل یافته بیشتر و یا کمتری را هماهنگ می‌کنند جمع می شوند. این اعمال شامل هماهنگ کردن تحریک و مهار نورون های حرکتی می شوند. نورون های حرکتی آخرین راه معمول هستند که ماهیچه های استخوان های شما را حرکت می‌دهند. با وجود این مغز فعالیت این سلول‌ها را کنترل می‌کند. کدام ماهیچه را باید تکان داد تا به حرکتی خاص برسد چقدر و به چه ترتیبی؟
بخش بالای سلسله مراتب قشر حرکتی
در سمت مخالف انتهای بخش سلسله مراتب حرکتی در قشر مخ تعداد شگفت آوری از محاسبات باید توسط ده ها هزار سلول برای هر جزء از حرکات انجام شود. این محاسبات ایجاد حرکاتی نرم و ماهرانه را تضمین می‌کنند.
نواحی حیاتی موجود در سلول های مغزی در بین قشر مخ و نورون های حرکتی نخاع، اطلاعات بالا رفته از نخاع راجع به دست و پا و ماهیچه ها را با اطلاعات پایین رفته از قشرمخ جمع می‌کنند. قشر حرکتی یک نوار باریک بافتی است که از سطح مغز یعنی درست از مقابل قشر Somatosensory عبور می‌کند. نقشه کامل بدن به این صورت است: سلول های عصبی که باعث حرکات دست و پا می شوند(از طریق ارتباطات بر روی نورون های حرکتی در نخاع) با نقشه برداری دقیق تنظیم شده اند. الکترود ثبت کننده این حالات نشان می‌دهد که نورون ها ممکن است در هر قسمتی از این نقشه یافت شوند و حدود ۱۰۰ میلی ثانیه قبل از فعالیت در ماهیچه های مناسب فعال شوند. تقریبا چیزی که موضوع قابل بحث در قشر حرکتی کد شده بود آیا سلول های قشر مخ فعالیت هایی را که شخص می خواهد انجام دهد و یا اعمال هر ماهیچه ای را که باید برای کاری منقبض شوند به طور جداگانه کد می‌کنند؟ پاسخ این سوال تا حدودی متفاوت داده شده است. کد نورون ها به طور جداگانه مورد استفاده قرار نمی گیرد. در عوض کد همگانی توسط گروهی از نورون ها در اعمال تخصص یافته برای انتقال پیام استفاده می‌شود. درست در مقابل قشر حرکتی نواحی پیش حرکتی قرار گرفته اند که در برنامه ریزی فعالیت ها، در آماده سازی محیط ستون مهره ها برای حرکت در فرایندهایی که ارتباطات را بین دیدن حرکت و درک حرکات برقرار می‌کنند دخالت دارند. یافته های جدید شامل کشف نورون های آینه ای در میمون هاست که در هر زمانی که میمون حرکت دستی را می بیند و زمانی که حیوان همان حرکت را انجام می‌دهد پاسخ می‌دهند. نورون‌های آینه ای احتمالا در تقلید و درک اعمال مهم هستند. پشت ناحیه حرکتی در قشر آهیانه، تعدادی نواحی قشری متفاوت در ارتباط با نمایش فضایی بدن و اهداف بینایی و شنوایی اطراف ما هستند. به نظر می آید که آنها شامل یک نقشه از محل دست و پای ما و نقشه ای دیگر از محل اهداف هیجان انگیز و مورد توجه هستند. تخریب این نواحی به طور مثال پس از یک سکته می تواند باعث عدم دسترسی به اشیا و یا حتی باعث محرومیت بخش هایی از بدن ما از دنیای اطراف شود. بیماران با نقص در قشر آهیانه به طور صحیح متوجه اشیا نمی‌شوند (این عدم توجه به طور معمول شامل سمت چپ شخص و حتی گاهی سمت چپ بدن خود فرد می‌باشد.)
گانگلیون قاعده‌ای (مهاری)
گانگلیون‌های قاعده ای دسته ای از نواحی مرتبط درونی هستند که زیر قشر مخ و در اعماق نیمکره های مغزی قرار دارند. آنها در آغاز حرکات بسیار مهم هستند. با وجود اینکه آن چیزی را که انجام می‌دهند چندان واضح نیست: گانگلیون های قاعده ای به نظر می آید که مثل یک فیلتر پیچیده عمل کنند به طوری که اطلاعات را از میان تعداد بسیاری از اطلاعات ورودی گسترده از بخش قدامی نیمی از قشر مخ دریافت می‌کنند. (نواحی حسی، حرکتی، prefrontal و ناحیه مربوط به حرکات دست و پا) اطلاعات خروجی گانگلیون های قاعده ای نواحی قشری حرکتی را تغذیه می‌کنند.
یک اختلال متداول مربوط به قشر حرکتی در انسان، بیماری پارکینسون است که با لرزش و مشکلات در حرکت شناسایی می‌شود. در این بیماری فیلتر انتخابی در گانگلیون های قاعده ای بسته شده اند. اشکال ایجاد شده به دلیل تخریب نورون های ناحیه ای از مغز به نام substantia nigra است (به دلیل سیاه بودن به این نام معروف است) که اکسون های طویل برنامه ریزی کننده آن ناقل شیمیایی دو پامین را به درون گانگلیون های قاعده ای آزاد می‌کنند.
برنامه ریزی دقیق اکسون های دوپامین بر روی نورون های هدف در گانگلیون های قاعده ای بسیار پیچیده است. به طوری که به نظر می رسد ارتباط مهمی بین ناقلین شیمیایی عصبی برقرار است. مداوا با داروهای L -Dopa که در مغز به دوپامین تبدیل می شوند سبب ایجاد دوباره حرکت می شوند.
به نظر می آید که گانگلیون های قاعده ای در عمل یادگیری مهم هستند و باعث انجام اعمال انتخابی شده که به پاداش منتهی می شوند.
مخچه نقش مهمی را در انجام اعمال به صورت نرم و ماهرانه بازی می‌کند. در واقع مخچه همانند موتور عصبی زیبایی است که ساختمان سلولی پیچیده ای دارد.این ناحیه همانند گانگلیون های قاعده ای به طور گسترده با نواحی قشری که به کنترل حرکتی مربوط می شوند و نیز با پایک مغزی در ارتباط است. تخریب مخچه باعث ایجاد حرکات هماهنگ شده ضعیف، از دست دادن تعادل، اختلال در تکلم و همچنین تعدادی مشکلات شناختی می‌شود.
مخچه همچنین برای یادگیری حرکت و عمل سازگاری بخشی حیاتی است. تقریبا تمام فعالیت های اختیاری وابسته به کنترل دقیق محیط های حرکتی است و مخچه در تنظیم بهینه آنها با اهمیت به زمان نقشی مهم دارد.
این بخش دارای تنظیمات قشری منظم است و به نظر می آید برای گردآوری مقدار فراوانی اطلاعات از سیستم های حسی، نواحی قشری حرکتی، نخاع و پایک مغزی تکامل یافته است. فراگیری ماهرانه حرکات وابسته به مکانیسم یادگیری سلولی به نام تضعیف طولانی مدت است )LTD( که قدرت بعضی ارتباطات سیناپسی را کاهش می‌دهد. تعدادی تئوری مربوط به عملکرد مخچه وجود دارند که بسیاری از آنها شامل ایده “مدل” چگونگی عملکرد سیستم های حرکتی هستند. در واقع این عمل یک نوع شبیه سازی واقعی از بدن خودتان و محتوای سرتان است. این ایده مدل را با استفاده از شکل پذیری سیناپسی که داخل شبکه ای پیچیده ممزوج شده می‌سازد. حال دوباره توپ را گرفته و به این بیندیشید که تقریبا تمام سلسله مراتب حرکتی شما در آن دخیل است.
مانند برنامه ریزی یک حرکت در ارتباط با حرکت واحد بینایی، برنامه ریزی حرکات دست و پایتان و تطبیق دادن انعکاسات حرکات خاص دست هایتان.
در تمام مراحل شما احتیاج دارید که اطلاعات حسی را در مسیری از پیام هایی که ماهیچه های شما را راهنمایی می‌کنند، هدایت کنید.

منبع: WWW.Pbs.org

منبع : روزنامه رسالت