الجزء من الدماغ الذي يتحكم في الحركة يوجه المشاعر أيضًا | مجلة كوانتا

في العقود الأخيرة، شهد علم الأعصاب بعض التقدم المذهل، ومع ذلك فإن جزءًا مهمًا من الدماغ لا يزال لغزًا. وأنا أشير إلى المخيخ، الذي سمي بهذا الاسم نسبة إلى الكلمة اللاتينية التي تعني "الدماغ الصغير"، والذي يقع على شكل كعكة في الجزء الخلفي من الدماغ. وهذا ليس خطأ بسيطا: يحتوي المخيخ على ثلاثة أرباع جميع الخلايا العصبية في الدماغ، والتي يتم تنظيمها في ترتيب بلوري تقريبا، على النقيض من غابة الخلايا العصبية المتشابكة الموجودة في أماكن أخرى.

مقالات الموسوعة وتؤكد الكتب المدرسية حقيقة أن وظيفة المخيخ هي التحكم في حركة الجسم. ليس هناك شك في أن المخيخ لديه هذه الوظيفة. لكن العلماء يشكون الآن في أن وجهة النظر هذه التي طال أمدها قصيرة النظر.

أو هذا ما تعلمته في نوفمبر في واشنطن العاصمة، أثناء حضوري المؤتمر جمعية الاجتماع السنوي لعلم الأعصاب، أكبر اجتماع لعلماء الأعصاب في العالم. هناك، قام زوج من علماء الأعصاب بتنظيم أ ندوة على وظائف المخيخ المكتشفة حديثًا والتي لا علاقة لها بالتحكم الحركي. تظهر التقنيات التجريبية الجديدة أنه بالإضافة إلى التحكم في الحركة، ينظم المخيخ السلوكيات المعقدة والتفاعلات الاجتماعية والعدوان والذاكرة العاملة والتعلم والعاطفة والمزيد.

صدع في الحكمة المهيمنة

العلاقة بين المخيخ والحركة معروفة منذ القرن التاسع عشر. وكان المرضى الذين يعانون من صدمة في منطقة الدماغ يواجهون صعوبات واضحة في التوازن والحركة، مما لا يترك مجالاً للشك في أنها مهمة لتنسيق الحركة. على مر العقود، طور علماء الأعصاب فهمًا تفصيليًا لكيفية تحكم الدوائر العصبية الفريدة للمخيخ في الوظيفة الحركية. يبدو أن تفسير كيفية عمل المخيخ لا لبس فيه.

ثم في عام 1998 في المجلة دماغ، أفاد أطباء الأعصاب الإعاقات العاطفية والمعرفية واسعة النطاق في المرضى الذين يعانون من تلف المخيخ. على سبيل المثال، في عام 1991، سقطت طالبة جامعية تبلغ من العمر 22 عامًا أثناء التزلج على الجليد؛ كشفت الأشعة المقطعية عن وجود ورم في مخيخها. وبعد أن تمت إزالتها جراحيا، أصبحت شخصا مختلفا تماما. لقد فقدت الطالبة الجامعية الذكية قدرتها على الكتابة بكفاءة، أو القيام بالحساب الذهني، أو تسمية الأشياء الشائعة أو نسخ رسم تخطيطي بسيط. مزاجها بالارض. اختبأت تحت الأغطية وتصرفت بشكل غير لائق، فخلعت ملابسها في الممرات وتحدثت بأحاديث الأطفال. كما تأثرت تفاعلاتها الاجتماعية، بما في ذلك التعرف على الوجوه المألوفة.

هذه الحالات وحالات مماثلة حيرت المؤلفين. ومن المفهوم أن هذه الوظائف المعرفية والعاطفية عالية المستوى موجودة في القشرة الدماغية والجهاز الحوفي. وخلصوا إلى أن "ما هو دور المخيخ على وجه التحديد، وكيف ينجزه المخيخ، لم يتم تحديده بعد".

وعلى الرغم من هذه القرائن المستقاة من الدراسات السريرية التي تشير إلى أن الحكمة التقليدية كانت تسير على المسار الخاطئ، إلا أن السلطات الرائدة ما زالت تصر على أن وظيفة المخيخ هي التحكم في الحركة وليس أكثر. قال: "إنه أمر محزن نوعًا ما، لأنه قد مضى 20 عامًا [منذ الإبلاغ عن هذه الحالات]". دياسينو فيورافانتي، عالم فيزيولوجي عصبي بجامعة كاليفورنيا في ديفيس، والذي شارك في تنظيم ندوة المؤتمر.

وقال عالم الأعصاب إن أطباء أعصاب آخرين لاحظوا عجزًا عصبيًا ونفسيًا لدى مرضاهم طوال الوقت ستيفاني رودولف من كلية ألبرت أينشتاين للطب، الذي شارك في تنظيم الندوة مع فيورافانتي. ومع ذلك، لم يكن هناك دليل تشريحي قوي على كيفية قيام الدوائر العصبية الفريدة للمخيخ بتنظيم الوظائف النفسية والعاطفية المذكورة، لذلك تم التغاضي عن التقارير السريرية.

الآن، إن الفهم الأفضل لدوائر المخيخ يثبت صحة دراسات الحالة هذه وخطأ الحكمة السائدة.

الأسلاك الدقيقة

• نمط الأسلاك في المخيخ تم تنظيمه وضغطه بدقة لتركيز ثلاثة أرباع الخلايا العصبية في الدماغ في فص بحجم 4 بوصات. النوع الرئيسي من الخلايا العصبية في المخيخ، والذي يسمى خلية بوركينجي، يتفرع على نطاق واسع مثل المرجان المروحي، ولكنه مسطح وثنائي الأبعاد تقريبًا. شفرات المروحة هي التشعبات العصبية التي تستقبل الإشارات الواردة. يتم ترتيب هذه الخلايا العصبية المسطحة بالتوازي، كما لو أن الملايين من الشعاب المرجانية المروحية مكدسة فوق بعضها البعض في حزمة ضيقة. تدير آلاف الخلايا العصبية الصغيرة محاور عصبية - وهي كابلات نقل النبضات الكهربائية في الدماغ - بشكل عمودي عبر كومة من التشعبات، مثل الخيوط في النول. ويتصل كل محور عصبي مع التشعبات الموجودة في عشرات الآلاف من خلايا بركنجي.

هذا المستوى من الترابط يمنح الخلايا العصبية في المخيخ، البالغ عددها 50 مليارًا، قدرة مذهلة على التكامل. يمكن لهذه الدائرة، الفريدة من نوعها في المخيخ، معالجة كميات هائلة من البيانات الواردة من الحواس لتنظيم حركة الجسم. تتطلب الحركة السائلة لراقصة الباليه التي تقفز عبر المسرح أن يقوم المخيخ بمعالجة المعلومات من جميع الحواس بسرعة أثناء تتبع المواضع المتغيرة للأطراف، والحفاظ على التوازن، ورسم خريطة للمساحة التي يتحرك من خلالها الجسم. ويستخدم المخيخ تلك المعلومات الديناميكية للتحكم في العضلات بتوقيت دقيق، والقيام بذلك في السياق الاجتماعي الصحيح، مدفوعًا بالعاطفة والتحفيز.

أخبرني فيورافانتي ورودولف أن علماء الأعصاب يدركون الآن أن الدوائر العصبية القوية في المخيخ، والتي تدمج المعلومات اللازمة لحركة الجسم، تؤهله أيضًا للتعامل مع العمليات والسلوكيات العقلية المعقدة.

"على سبيل المثال، الآن،" أوضح رودولف بينما كنا نتحدث قبل بدء الندوة، "أنت تطرح الأسئلة ونحن نقدم الإجابات. هذا سلوك معقد." كانت بحاجة إلى فهم كلامي، وصياغة الرد، ثم استخدام العضلات لإنتاج الكلمات. كان عليها أيضًا أن تتقبل لغة جسدي والإشارات الدقيقة الأخرى. وقالت: "أنت تومئ برأسك الآن، على سبيل المثال، ومن هذا أستطيع أن أستنتج أنك تستمع وتهتم".

لم أقدر تمامًا مدى تعقيد التحكم الحركي المطلوب للكلام من قبل. لا تشمل اللياقة البدنية فقط الحركات المعقدة لللسان والشفاه - لإنتاج الصوت بالإضافة إلى ضبط درجة الصوت وحجم الصوت - ولكن أيضًا الإيماءات. يتم تحديد توقيت كلماتنا بحيث لا نتحدث عن الشخص الآخر، ويتم تنظيمها وفقًا للسياق الاجتماعي: مشبعة بالمشاعر المناسبة ومدفوعة بالتحفيز والفكر والترقب والمزاج.

يتطلب تنسيق هذه الوظائف المتنوعة الاستفادة من كل ما يفعله الدماغ تقريبًا، بدءًا من تنظيم معدل ضربات القلب وضغط الدم، الذي يتم إجراؤه في مناطق الدماغ العميقة، إلى معالجة المعلومات الحسية والعاطفية، التي يقوم بها الجهاز الحوفي. كما يتطلب أيضًا التعامل مع الوظائف المعرفية عالية المستوى للفهم والتثبيط واتخاذ القرار في القشرة الدماغية قبل الجبهية.

ولكي يقوم المخيخ بذلك، يجب أن يكون لديه اتصالات تمتد عبر الدماغ بأكمله. وحتى الآن، لم يكن هناك دليل على ذلك، لكن التقنيات الجديدة تكشف عن هذه المسارات.

مركز المدخلات الحسية

منذ عقود فقط، عندما رسم علماء التشريح العصبي خريطة للدماغ، لم يتمكنوا من العثور على أي اتصالات مباشرة من المخيخ إلى مناطق الدماغ التي تتحكم في العاطفة والإدراك، مثل الجهاز الحوفي وقشرة الفص الجبهي. وقد دفعهم ذلك إلى الاعتقاد بأن المخيخ كان معزولًا إلى حد ما وغير مشارك في هذه الوظائف المعرفية العليا. ولكن مثلما قد يتهرب قطاع الطرق من جهاز التعقب عن طريق تغيير المركبات، يمكن للإشارات العصبية أن تقفز من خلية عصبية إلى أخرى. أدى هذا الإجراء السري إلى إبعاد علماء التشريح العصبي عن مسار المخيخ.

وقد مكنت الأساليب الجديدة علماء التشريح العصبي من تتبع تلك المسارات من المخيخ عبر نقاط التتابع، ومتابعتها عبر الدماغ بأكمله. يمكن للباحثين، على سبيل المثال، زرع فيروسات داء الكلب في الخلايا العصبية ليروا بدقة الخلايا العصبية الأخرى التي تتصل بها. لقد قاموا بهندسة بروتينات الفلورسنت وراثيًا لتضيء عندما تنطلق نبضات عصبية حتى يتمكنوا من رؤية تدفق حركة المرور في الدوائر العصبية. يمكنهم أيضًا تتبع آثار الأقدام التي خلفتها حركة الخلايا العصبية: يمكن أن يساعد ظهور البروتينات التي يتم إنتاجها عندما تنشط الخلايا العصبية في تحديد جميع الخلايا التي تتواصل في الشبكة العصبية عند تنفيذ سلوك معين.

في الندوة، شارك الباحثون مجموعة من النتائج الجديدة الرائعة التي كشفت عنها هذه الأساليب الجديدة والتي توضح فهمهم المتطور للمخيخ.

جيسيكا فيربوت من جامعة ولاية أريزونا بيانات تصف الشبكة المعقدة والواسعة من الاتصالات المخيخية التي يتم تنشيطها في جميع أنحاء الدماغ لدى الفئران عندما تتواصل مع الآخرين أو تتعلم كيفية التغلب على المتاهة.

شارك رودولف تجارب تظهر أن سلوك الأم، الذي تمت دراسته على إناث الفئران التي تعتني بصغارها، تأثر بالهرمونات التي تعمل على المخيخ، وخاصة هرمون الأوكسيتوسين، الذي يعزز الترابط الأمومي. وعندما تعطلت هذه الآلية تجريبيا، لم تعد الأم تهتم بصغارها.

يي مي يانغ أظهرت باحثة من جامعة مينيسوتا أنها عندما عطلت بعض الخلايا العصبية المخيخية، فقدت الفئران الاهتمام بالتعامل مع فئران غير مألوفة تم إدخالها إلى قفصها. ومع ذلك، لم يواجهوا أي صعوبات في التفاعل مع الأشياء غير الحية الجديدة وتذكرها. ويشير هذا إلى وجود عجز في ذاكرة التعرف الاجتماعي المعقدة، على غرار ما يعاني منه الأشخاص المصابون بالتوحد.

في الواقع، غالبًا ما يكون المخيخ أصغر حجمًا عند الأشخاص المصابين بالتوحد، و ألكسندرا بادورا من المركز الطبي بجامعة إيراسموس في روتردام، قدم بيانات جديدة تشير إلى أن المخيخ متورط في مرض التوحد لأنه مركز للمدخلات الحسية، وخاصة بالنسبة للإشارات المتعلقة بالسياقات الاجتماعية.

هذا البحث الجديد يتجاوز دراسات الفئران. أندرياس ثيم قدم من مستشفى جامعة إيسن في ألمانيا اختبارًا سريريًا جديدًا يستخدم لتشخيص الإعاقات العاطفية والإدراكية الناجمة عن تلف المخيخ بدقة.

تظهر هذه الدراسات الجديدة الرائدة أنه بالإضافة إلى التحكم في الحركة، ينظم المخيخ السلوك الاجتماعي والعاطفي المعقد. ولتحقيق هذا التأثير العالمي، يجب أن يكون المخيخ مركزًا لتحليل البيانات مع اتصالات في جميع أنحاء الدماغ. لا عجب أن لديها الكثير من الخلايا العصبية. ولإنجاز هذه القيادة والسيطرة العالية المستوى بمفرده، يجب أن يكون لديه، في الواقع، عقل صغير.