Creierul caută cel mai bun mod de a mișca corpul
Cercetările care examinează modul în care corpul se adaptează la noile mișcări aduce o lumină nouă asupra modului în care sistemul nervos învață. Acest aspect ar putea ajuta la perfecționarea unei game largi de aplicații, de la reabilitare personalizată și antrenament atletic până la sisteme portabile pentru îngrijirea sănătății. Cercetarea este publicată săptămâna aceasta în revista Current Biology (10 mai 2022).
„Cum își dă creierul seama de modul în care să ne miște cel mai bine corpul?
„S-a dovedit că aceasta poate fi o problemă
provocatoare pentru sistemul nervos, având în vedere că avem sute de mușchi
care pot fi coordonați de sute de ori pe secundă. Dintr-o gamă variată de modele posibile, creirul alege mișcările potrivite, ca la mutările de pe o tablă de șah”, spune
autorul principal al studiului și profesorul SFU Max Donelan, directorul
Laboratorului de locomoție al SFU.
„Adesea, experimentăm schimbări în corpul nostru și în
mediul nostru. Poate că te bucuri de o alergare lungă într-o sâmbătă dimineața
-- mușchii ar putea obosi pe măsură ce timpul de alergare crește. Poate că alegi să alergi pe
plajă în vacanță -- nisipul poate fi neuniform și dificil în comparație cu
pavajul de pe trotuar. Deși am putea înregistra că aceste schimbări au avut
loc, s-ar putea să nu apreciem modul în care corpul nostru se adaptează la
aceste schimbări".
Echipa de oameni de știință condusă de Donelan, care
studiază învățarea motrică, a colaborat cu o echipă de ingineri mecanici de la
Universitatea Stanford, care proiectează sisteme om-robot. Împreună, au urmărit
caracteristicile de mers ale participanților la studiu, purtând exoschelete.
Constatări
Cercetătorii au descoperit că sistemul nervos rezolvă
problema învățării unui nou model de coordonare a mișcărilor prin explorarea și
evaluarea mai întâi a mai multor modele de coordonare diferite. Această explorare a
fost măsurată ca o creștere generală a variabilității care acoperă nivelurile
întregii mișcări, articulații și mușchi.
Cu experiență, sistemul nervos adaptează aspecte specifice
ale mișcării și, simultan, scade variabilitatea de-a lungul acestor aspecte.
Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că aceste schimbări adaptative au
îmbunătățit mișcarea în general, reducând costul energetic al mersului cu
aproximativ 25 la sută.
„Am creat noi contexte folosind exoschelete care
acționează pentru a ajuta mersul pe jos și apoi am studiat modul în care
oamenii explorează noi mișcări și învață unele mai optime”, spune Sabrina
Abram, autorul principal al studiului și fost student absolvent în Laboratorul
de locomoție. Participanții au experimentat mersul pe jos în acest context timp
de șase zile, rezultând aproximativ 30 de ore de laborator pentru
fiecare și o cantitate extraordinară de date colectate de co-autorul Katherine Poggensee.
În timp ce sistemul nervos pare să beneficieze de prima
căutare între multe modele de coordonare diferite, beneficiază și de reducerea
acestui spațiu de căutare în timp, adaugă Abram. „Acest lucru se datorează
faptului că, continuarea căutării printre modelele de coordonare care reduc
deja energia, poate, la rândul său, să crească energia, precum și să adauge la
problema deja provocatoare de a găsi cea mai bună modalitate de a se mișca.”
Aplicații
Înțelegerea modului în care creierul caută și își dă
seama cum să miște cel mai bine corpul este importantă pentru un alergător care
navighează pe noi terenuri, precum și pentru un pacient care se recuperează
după leziuni ale coloanei vertebrale sau un accident vascular cerebral.
De exemplu, cunoașterea momentului în care corpul s-a
adaptat la un nou regim de antrenament poate ajuta antrenorii să identifice
momentul în care un sportiv ar trebui să treacă la învățarea de noi abilități.
Acest lucru poate fi, de asemenea, util pentru proiectarea sistemelor purtabile
-- cum ar fi exoscheletele și protezele -- facilitând învățarea și apoi
evaluând răspunsurile optime ale oamenilor la o serie de modele.
Donelan notează: „Cu toții am fi bucuroși să ne mișcăm în
cel mai bun mod posibil. Pentru oamenii sănătoși, se pare că, în circumstanțe
potrivite, creierul se poate ocupa de acest lucru. Pentru cei care se
recuperează după o accidentare, am putea învăța cum să reabilităm cel mai bine această
leziune printr-o mai bună înțelegere a modului în care sistemul nervos învață
să se adapteze.”
