نخاع بدون ارتباط با مغز یاد می‌گیرد

مطالعه‌ای که در «مرکز علوم مغز» (RIKEN Center for Brain Science) در ژاپن انجام شده، نشان می‌دهد نخاع انسان و پستانداران یک «مرکز یادگیری مستقل» است. این کشف می‌تواند انقلابی در درمان آسیب‌های نخاعی، توان‌بخشی عصبی و فهم ما از یادگیری حرکتی ایجاد کند و مرز سنتی میان مغز و بدن را بازنویسی نماید.

نخاع؛ از کابل عصبی تا مرکز یادگیری پنهان

از اواخر قرن نوزدهم، زمانی که دانشمندان نخستین نقشه‌های سیستم عصبی را ترسیم کردند، نخاع به عنوان یک «بزرگراه عصبی» (Neural Highway) شناخته می‌شد. مغز تصمیم می‌گرفت، نخاع فرمان را منتقل می‌کرد و عضله واکنش نشان می‌داد. این مدل ساده دهه‌ها در کتاب‌های پزشکی و علوم اعصاب تدریس شد و تا همین چند سال پیش تقریبا غیرقابل انکار بود.

با این حال، طبیعت نشانه‌هایی می‌فرستاد که با این روایت همخوانی نداشت. زیست‌شناسان مشاهده کردند که برخی حشرات حتی پس از جدا شدن سر، هنوز می‌توانند راه بروند، جهت حرکت را اصلاح کنند و نسبت به موانع واکنش نشان دهند. این رفتار‌ها نشان می‌دهد که در بدن موجودات زنده، مدار‌های عصبی مستقل از مغز قادر به پردازش اطلاعات هستند.

با وجود این شواهد، مکانیسم دقیق چنین توانایی‌ای مشخص نبود. آیا نخاع فقط مجموعه‌ای از «رفلکس‌ها» (Reflexes) دارد یا واقعاً می‌تواند یاد بگیرد؟ رفلکس‌ها واکنش‌های خودکار و سریع هستند که بدون نیاز به مغز اتفاق می‌افتند، مانند واکنش سریع دست به لمس جسم داغ. اما یادگیری حرکتی به معنای تغییر پایدار در رفتار و ایجاد حافظه است، و تا امروز باور بر این بود که این توانایی فقط در مغز رخ می‌دهد.

آزمایشی که همه‌چیز را تغییر داد

تیمی به رهبری عصب‌شناس ژاپنی «آیا تاکئوکا» (Aya Takeoka) تصمیم گرفت رابطه نخاع و مغز را به‌طور کامل قطع کند. هدف این بود که مشخص شود آیا نخاع به‌تنهایی می‌تواند الگوی رفتاری تازه‌ای بیاموزد یا خیر.

در این آزمایش، نخاع گروهی از موش‌ها به صورت جراحی از مغز جدا شد؛ به گونه‌ای که هیچ سیگنال عصبی میان این دو بخش ردوبدل نشود. سپس بدن موش‌ها در مهار‌های ویژه‌ای قرار گرفت تا پا‌های عقبی آزادانه آویزان باشند.

هر بار که پای موش آزمایشی به موقعیت خاصی می‌رسید، تحریک الکتریکی خفیفی به آن وارد می‌شد. هدف این بود که نخاع به تدریج بیاموزد با بالا نگه داشتن پا، از این تحریک ناخوشایند جلوگیری کند. گروه کنترل نیز همان میزان تحریک را دریافت می‌کرد، اما بدون ارتباط با موقعیت پا.

نتیجه این بود که تنها در حدود ده دقیقه، موش‌های گروه آزمایشی یاد گرفتند پا‌های خود را بالاتر نگه دارند. این یعنی یادگیری حرکتی بدون کوچک‌ترین دخالت مغز رخ داده بود. پژوهشگران از مشاهده این رفتار ساده، اما سرنوشت‌ساز بهت‌زده شدند. نخاع توانسته بود مستقل از مغز، تجربه و اصلاح رفتار ایجاد کند.

حافظه‌ای که در نخاع ذخیره شد

پژوهشگران آزمایش را روز بعد تکرار کردند. موش‌هایی که روز قبل آموزش دیده بودند، حتی قبل از آن که تحریک جدیدی دریافت کنند، پا‌های خود را بالاتر نگه می‌داشتند. این یعنی نخاع نه‌تنها توانسته بود الگوی رفتاری را یاد بگیرد، بلکه آن را به‌صورت «حافظه حرکتی» (Motor Memory) ذخیره کرده بود. حافظه حرکتی یعنی توانایی بدن برای به خاطر سپردن حرکات و اصلاح آنها بر اساس تجربه پیشین، بدون نیاز به آگاهی مغزی. 

این حافظه حتی یادگیری جدید را مختل می‌کرد؛ درست مانند عادتی قدیمی که تغییر آن سخت است. در علوم اعصاب، این توانایی درک وضعیت درونی بدن و تطبیق رفتاری بر اساس آن، «درون‌حسی» (Interoception) نامیده می‌شود. تا پیش از این، درون‌حسی بیشتر به مغز نسبت داده می‌شد، نه به نخاع.

نورون‌هایی با وظایف جداگانه 

برای فهم اینکه کدام سلول‌های عصبی مسئول یادگیری و حافظه هستند، پژوهشگران سراغ موش‌های دستکاری‌شده ژنتیکی رفتند؛ حیواناتی که برخی از نورون‌های نخاعی آنها غیرفعال شده بود.

آنها دریافتند گروهی از نورون‌ها که ژنی به نام «پِی‌تی‌اِف‌1آ» (Ptf1a) را بیان می‌کنند، نقش کلیدی در یادگیری حرکتی دارند. این سلول‌ها عمدتاً در بخش پشتی نخاع قرار دارند و اطلاعات حسی را فیلتر می‌کنند؛ یعنی تصمیم می‌گیرند کدام پیام‌ها به تغییر رفتار منجر شود.

در مقابل، بر اساس تحقیقات منتشر شده در مجله «نیچر» (Nature)؛ نورون‌هایی که ژن «اِن‌1» (En1) را فعال دارند؛ موسوم به «سلول‌های رِنشاو» (Renshaw Cells) مسئول ذخیره و بازیابی حافظه حرکتی هستند. خاموش کردن این سلول‌ها باعث می‌شد موش‌ها آموزش خود را کاملاً فراموش کنند، در حالی که تحریک آنها بازیابی حرکت را تا ۸۰ درصد سریع‌تر می‌کرد.

با توجه به این تعاریف می‌توان گفت که نخاع یک سیستم دوگانه دارد. بخشی برای یادگیری الگوی جدید و بخشی برای نگهداری و اجرای آن. این یافته نشان می‌دهد که نخاع بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که تصور می‌شد.

بازنویسی یک باور قدیمی در علوم اعصاب

طبق مطالب منتشر شده در سایت «پاب مد» (Pub Mad)؛ تا پیش از این، یادگیری حرکتی، مثل راه رفتن، دویدن یا گرفتن اشیا، تقریباً به طور کامل به مدار‌های مغزی نسبت داده می‌شد؛ به ویژه نواحی‌ای مانند مخچه و قشر حرکتی. پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد نخاع نیز یک مرکز یادگیری مستقل است که به صورت موازی با مغز عمل می‌کند. نظریه‌ای که سال‌ها به صورت حاشیه‌ای مطرح بود، حالا با شواهد علمی قوی تأیید شده‌است. سیستم عصبی نه یک فرمانده مرکزی مطلق، بلکه شبکه‌ای توزیع‌شده از مراکز پردازش است.

پیامد‌هایی برای درمان فلج

آسیب نخاعی یکی از ویرانگرترین صدمات پزشکی است و می‌تواند منجر به فلج دائمی، از دست رفتن حس و اختلالات شدید حرکتی شود. بیشتر درمان‌های کنونی بر بازسازی ارتباط میان مغز و نخاع تمرکز دارند؛ کاری که از نظر زیستی بسیار دشوار است. اما اگر نخاع خود قادر به یادگیری و سازگاری باشد، مسیر درمان می‌تواند تغییر کند. به جای تمرکز صرف بر مغز، می‌توان مستقیماً مدار‌های نخاعی را آموزش داد تا الگو‌های حرکتی تازه‌ای بسازند. این رویکرد می‌تواند شامل تحریک الکتریکی هدفمند، دارو‌هایی برای افزایش «انعطاف‌پذیری عصبی» (Neural Plasticity) یا حتی رابط‌های عصبی پیشرفته باشد که با نخاع تعامل مستقیم دارند.

تاریخچه‌ای از نگاه تازه به نخاع

اوایل قرن بیستم، فیزیولوژیست بریتانیایی «چارلز شرینگتون» (Charles Sherrington) نشان داد که برخی رفلکس‌ها حتی بدون مغز نیز رخ می‌دهند. طبق مطالب سایت «ساینس دایرکت» (ScienceDirect)؛ شرینگتون مفهوم «کمان بازتابی» (Reflex Arc) را معرفی کرد که در آن نخاع می‌تواند پاسخ سریع و خودکار تولید کند.

با این حال، پژوهش جدید فراتر از رفلکس است. رفلکس یک واکنش ثابت است، در حالی که یادگیری مستلزم تغییر پایدار در مدار‌های عصبی است؛ چیزی که پیش‌تر فقط به مغز نسبت داده می‌شد. در دهه‌های اخیر، مطالعاتی روی گربه‌ها و موش‌ها نشان داد که پس از قطع ارتباط با مغز، حیوانات می‌توانند تا حدی الگو‌های راه رفتن را بازیابی کنند، اما مکانیسم دقیق آن روشن نبود. اکنون برای نخستین بار، شواهد سلولی و مولکولی این توانایی آشکار شده است.

این کشف تنها یک پیشرفت علمی نیست، بلکه تغییری بنیادین در فهم ما از بدن انسان است. نخاع دیگر صرفاً یک مسیر عبوری نیست، بلکه یک مرکز پردازش، یادگیری و حافظه است.

در سال‌های آینده، احتمالاً شاهد درمان‌هایی خواهیم بود که مستقیماً نخاع را هدف می‌گیرند؛ از برنامه‌های توان‌بخشی هوشمند گرفته تا تحریک‌های عصبی دقیق که مدار‌های یادگیری نخاعی را فعال می‌کنند. این مطالعات فرصت‌‌های بسیاری به ما می‌دهد. شاید روزی بیماران دچار فلج بتوانند بدون بازسازی کامل ارتباط با مغز، دوباره راه رفتن را بیاموزند؛ درست همان‌طور که نخاع موش‌ها در آزمایش آموخت چگونه از یک محرک ناخوشایند دوری کند.