كتابة إبداعية

فريق من علماء الرياضيات وعلماء الأحياء العصبية من معهد وايزمان للعلوم لإعطائهم إجابة على سؤال حول كيفية تشفير دماغنا للحركات المعقدة المطلوبة للكتابة. وقد نشرت النتائج التي توصلوا إليها مؤخرا في المجلة العلمية نيورون.

تختلف العضلات اللازمة لتحريك اليد عند الكتابة على الورقة عن تلك المستخدمة لكتابة الحروف الكبيرة على السبورة، إلا أن شكل الحروف، مع التفافاتها الفريدة لكل شخص، متشابه في كلتا الحالتين. كيف يقوم دماغنا بتشفير الحركات المعقدة المطلوبة للكتابة؟ هل يستخدم مجموعة واحدة من التعليمات، سواء للكتابة على الورق أو للكتابة على السبورة، أم أنهما مجموعتان مختلفتان؟ لقد نوقشت هذه الأسئلة بين علماء الأحياء العصبية لبعض الوقت. الآن تمكن فريق من علماء الرياضيات وعلماء الأحياء العصبية من معهد وايزمان للعلوم من تقديم إجابة لهم. وقد نشرت النتائج التي توصلوا إليها مؤخرا في المجلة العلمية نيورون.

أحد أعضاء فريق العلماء هي الطالبة البحثية نعمة كادمون هارباز، التي يجمع عملها بين الرياضيات وعلم الأحياء العصبي. حصلت على درجة الماجستير في قسم علم الأحياء العصبي في معهد وايزمان للعلوم، وتقوم حاليًا بتحضير درجة الماجستير الثالثة في مختبر البروفيسور تامار فليش، في قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية. كما شارك في البحث عالم الأحياء العصبية الدكتور إيلان دينشتاين، وهو باحث ما بعد الدكتوراه سابقًا في مختبر البروفيسور رافي ملاخ، وعضو هيئة التدريس حاليًا في جامعة بن غوريون في النقب.

لغرض الدراسة، طلب كادمون هارباز والدكتور دينشتاين والبروفيسور فليش من المتطوعين كتابة ثلاثة رسائل - بأحرف كبيرة وصغيرة، على شاشة تعمل باللمس، عندما لا يستطيعون رؤية ما كتبوه. وفي وقت كتابة هذا التقرير، تم فحص أدمغتهم باستخدام جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي، بهدف تحديد نشاط الدماغ الكامن وراء الفعل الجسدي. بالإضافة إلى ذلك، قام أعضاء الفريق بتحليل حركات الكتابة: خصائصها الهندسية ومدتها الزمنية، وحركياتها (أي سرعة الحركة واتجاهها).

ومع تراكم النتائج وتحليلها، ظهرت نتائج لا لبس فيها: مناطق معينة من الدماغ تشفر كتابة الحروف الكبيرة والأحرف الصغيرة بطريقة مماثلة. من الناحية الرياضية يمكن القول أن الترميز في هذه المجالات "لا يعتمد على المقياس"؛ أي أن نمط نشاط الدماغ متشابه جدًا على أي نطاق، سواء كان كبيرًا أو صغيرًا، سريعًا أو بطيئًا. هذا الاكتشاف، "رمز موحد للجميع"، يتماشى مع الدراسات السابقة، التي تشير إلى أنه على الرغم من استخدام العضلات المختلفة، فإن الأساس الحركي لكتابة الحروف الصغيرة والكبيرة هو نفسه.

كشفت نتائج فحص الرنين المغناطيسي الوظيفي عن منطقتين في الدماغ تشاركان في هذا التشفير. أحدهما هو التلم داخل الجداري الأمامي، وهي منطقة في الفص الجداري تُعرف بأنها عامل مركزي في الإجراءات التي تتطلب التنسيق بين اليد والعين وتخطيط الحركة. المنطقة الثانية هي المنطقة الحركية الأساسية (M1) وتعتبر المنفذة لحركة اليد. في التسلسل الهرمي للدماغ، يعتبر AIPS "أعلى" من M1، أي أنه يعالج معلومات أكثر تجريدًا. ولذلك، قد يكون من الممكن تقدير أن هذه المنطقة هي التي تشفر الحركات بغض النظر عن حجمها. ومع ذلك، فوجئ العلماء باكتشاف أن المنطقة "السفلى"، M1، التي تعتبر دائمًا المصدر المباشر للأوامر العصبية المرسلة إلى الحبل الشوكي ومنه إلى العضلات، وتشارك في الجوانب الأكثر ميكانيكية للحركة، هي مسؤول أيضًا عن ترميز الحركات التي لا تعتمد على الحجم.

ويرى العلماء أن عدم الاعتماد على حجم الحركة أو متغيرات مماثلة يهدف إلى تسهيل التحكم في الحركة، وزيادة كفاءة معالجة المعلومات العصبية. يقول البروفيسور فليش: "عندما يتعلق الأمر بخلق الحركة الافتراض هو أن الدماغ يعمل من أعلى إلى أسفل - من التمثيلات المجردة إلى الأفعال الجسدية. ومع ذلك، اكتشفنا الترميز المجرد في المجالات التي تعتبر منخفضة نسبيًا. نحن نعتقد أن المناطق الحركية في الدماغ تعمل كشبكة أكثر من كونها تسلسل هرمي صارم وواضح. بالإضافة إلى ذلك، يبدو أن الأنماط المجردة تُستخدم لتشفير الإجراءات الحركية التي يتم إجراؤها في العالم من حولنا."

هذه التجربة هي الأولى من نوعها التي استخدمت مسح الرنين المغناطيسي الوظيفي لدراسة التحكم في الحركة لدى البشر. تقوم معظم الدراسات التي تستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي بفحص استجابة الدماغ للمدخلات - مثل الصور أو مقاطع الفيديو، في حين أن الدراسات التي تفحص المخرجات - مثل الحركة، تتم عادةً باستخدام أقطاب كهربائية تقيس نشاط العديد من الخلايا العصبية المفردة في الرئيسيات، ولكن ليس في البشر. يقول الدكتور دينشتاين: «باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لفحص التحكم في الحركة لدى البشر، تمكنا من رؤية العديد من مناطق الدماغ في وقت واحد. يمكننا أيضًا أن نرى كيف يعمل كل منهما فيما يتعلق بالآخر."

يعتقد البروفيسور فليش أن هذه النتائج قد تكون ذات صلة بعدد كبير من مجالات البحث. على سبيل المثال، يمكن تطبيق الرؤية التي انبثقت منهم فيما يتعلق بطريقة عمل الدماغ في مجال الروبوتات والروبوتات الحيوية، لتحسين كفاءة الحركة وتمكين نطاق واسع من الحركة المعقدة. بالإضافة إلى ذلك، قد يساعد على فهم اضطرابات الحركة التي تنشأ في الدماغ، مثل مرض باركنسون والشلل الناتج عن النزيف الدماغي. وقد يؤدي أيضًا إلى فهم أفضل لـ "الذاكرة الحركية" التي نستخدمها كل يوم، دون وعي. ولتحقيق هذه الغاية لا بد من الإجابة على أسئلة إضافية، منها: في أي مرحلة من تعلم الكتابة تصبح الكتابة التي لا تعتمد على المقياس ممكنة؟ وكيف يحدث هذا النوع من التعلم الحركي في الدماغ؟