چگونه دوچرخه سواری را فراموش نمی‌کنیم؟ تشکر از مخچه!

نقش مخچه در یادگیری مهارت‌های حرکتی

آیا نام معلم کلاس دوم خود را به یاد دارید یا امروز برای ناهار چه چیزی خوردید؟ این خاطرات ممکن است دهه‌ها از هم فاصله داشته باشند، اما هر دو به عنوان خاطرات بلندمدت شناخته می‌شوند. بیش از نیم قرن پیش، عصب‌شناسان کشف کردند که آسیب به ناحیه‌ای از مغز به نام لوب تمپورال میانی (MTL) باعث اختلال شدید در حافظه بلندمدت بیانی (خاطرات مربوط به حقایق مشخص مانند نام‌ها و تاریخ‌ها) می‌شود، در حالی که حافظه بسیار کوتاه‌مدت دست نخورده باقی می‌ماند. بیماران با آسیب به MTL می‌توانستند یک مکالمه کوتاه را دنبال کنند و ادامه دهند، اما تنها یک یا دو دقیقه بعد نمی‌توانستند به یاد بیاورند که این مکالمه اصلاً انجام شده است. با این حال، جالب است که این بیماران می‌توانستند مهارت‌های حرکتی جدیدی را یاد بگیرند و آن‌ها را برای روزها، ماه‌ها یا حتی بیشتر حفظ کنند، که نشان می‌دهد آسیب به MTL تأثیر کمی بر روی خاطرات مربوط به مهارت‌های حرکتی دارد.

کدام ناحیه مغز مسئول حافظه‌های بلندمدت مهارت‌های حرکتی است؟

پس، کدام ناحیه مغز مسئول حافظه‌های بلندمدت مهارت‌های حرکتی، مانند دوچرخه‌سواری است؟ آیا نواحی مشخصی وجود دارد که در آن‌ها خاطرات حسی-حرکتی کوتاه‌مدت و بلندمدت شکل می‌گیرند؟ محققان سال‌هاست که در تلاش برای پاسخ به این سوالات هستند. اکنون، محققان از مدرسه مهندسی و علوم کاربردی جان آ. پاولسون دانشگاه هاروارد (SEAS) نشان داده‌اند که درست مانند خاطرات بیانی، حافظه‌های کوتاه‌مدت و بلندمدت برای مهارت‌های حرکتی در نواحی مختلف مغز شکل می‌گیرند، که در این میان، مخچه نقش حیاتی در شکل‌گیری حافظه‌های بلندمدت مهارت‌ها دارد. این تحقیق در نشریه «مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم» (PNAS) منتشر شده است.

موریس اسمیت، استاد بیو مهندسی در SEAS و نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: «این کار درک ما از نقش مخچه در یادگیری حسی-حرکتی را پیش می‌برد و به نقش مخچه به عنوان دروازه‌ای برای شکل‌گیری حافظه‌های پایدار برای مهارت‌های حسی-حرکتی اشاره می‌کند، که عمدتاً مستقل از سیستم‌های حافظه کوتاه‌مدت است.»

محققان مدت‌هاست که می‌دانند مخچه برای یادگیری حرکتی حیاتی است، اما نقش آن در شکل‌گیری حافظه‌های مهارتی کوتاه‌مدت و بلندمدت هنوز مشخص نشده بود. برای درک ارتباط بین مخچه و این حافظه‌ها، اسمیت و نویسنده اول، الکیس هادیوسف، پژوهشگر فوق دکترا در SEAS و بیمارستان عمومی ماساچوست، از مجموعه‌ای به ظاهر نامنظم از نتایج قبلی در مورد یادگیری حرکتی در بیماران با آسیب مخچه الهام گرفتند. در حالی که این مطالعات قبلی همگی شواهدی از اختلال در یادگیری حسی-حرکتی در افراد با آسیب مخچه پیدا کردند، اندازه این اختلال در بین آن‌ها به طور گسترده‌ای متفاوت بود.

تفاوت‌های یادگیری حرکتی و تأثیرات آسیب‌های مخچه‌ای

اسمیت گفت: “در حالی که این تفاوت ممکن است به دلیل اختلاف در مقدار یا محل دقیق آسیب یا به تفاوت در نوع وظایف یادگیری حرکتی باشد، ما نظری متفاوت داشتیم.” اسمیت و هادیوسف بر این باور بودند که تفاوت‌های جزئی در زمان بین آزمایش‌ها – که آن را «پنجره حافظه» می‌نامند – ممکن است توضیح‌دهنده بیشتر تفاوت‌های مشاهده‌شده باشد. هادیوسف افزود: “این موضوع می‌تواند درست باشد اگر حافظه حسی-حرکتی بلندمدت به‌طور خاص به‌وسیله آسیب‌های مخچه‌ای تحت تأثیر قرار گیرد، زیرا پنجره‌های حافظه طولانی‌تر می‌تواند وابستگی به حافظه بلندمدت آسیب‌دیده را افزایش دهد.”

چالش این بود که این فاصله‌های زمانی به‌ندرت در مقالات منتشرشده گزارش شده بودند. اسمیت و هادیوسف، که هم محقق بودند و هم کارآگاه، داده‌های خام دقیق دو مطالعه از این نوع را پیدا کردند که از آن‌ها می‌توانستند فاصله‌های بین آزمایش‌ها را برای کل توالی آزمایش‌ها برای تمامی افراد مورد مطالعه تعیین کنند. محققان دریافتند که هر دو مطالعه به‌طور کلی فاصله‌های بین آزمایش‌ها را نسبتاً کوتاه گزارش کرده‌اند و تنها کاهش‌های جزئی در یادگیری برای بیماران مبتلا به بیماری شدید مخچه‌ای در مقایسه با افراد سالم مشاهده شده بود. این بدان معنا بود که وقتی از شرکت‌کنندگان خواسته می‌شد که همان وظیفه را، مثلاً پنج بار، تنها با چند ثانیه فاصله بین هر تکرار انجام دهند، بیماران مبتلا به تخریب مخچه‌ای تنها کمی بدتر از افراد سالم عمل می‌کردند.

اما با بررسی عمیق‌تر داده‌ها، اسمیت و هادیوسف به نکته جالبی دست یافتند. بین آزمایش‌ها، گاهی زمان بیشتری وجود داشت که به تیم تحقیقاتی اجازه می‌داد تا دوباره تنظیم کنند یا شرکت‌کننده یک استراحت کوتاه بگیرد. هادیوسف گفت: “زمانی که این تفاوت‌های زمانی بین آزمایش‌ها را بررسی کردیم، متوجه شدیم که همان بیماران که در آزمایش‌های کوتاه‌مدت تقریباً عملکرد نرمالی داشتند، در آزمایش‌های با فاصله طولانی در همان جلسه به‌طور چشمگیری دچار اختلال بودند. و این موضوع در داده‌های هر دو مطالعه صدق می‌کرد.”

سپس تیم به بیش از دوازده مطالعه اضافی که در آن‌ها افراد مبتلا به تخریب مخچه‌ای وظایف حرکتی را انجام داده بودند، نگاهی انداخت و دریافتند که در مطالعاتی که از تعداد بیشتری از جهت‌های حرکتی در وظیفه استفاده کرده بودند – که زمان بین آزمایش‌های هم‌جهت را افزایش می‌دهد و حافظه حسی-حرکتی را به اشتراک می‌گذارد – اختلال حافظه به‌طور چشمگیری بیشتر از مطالعاتی بود که تعداد کمتری از جهت‌های حرکتی داشتند. اسمیت گفت: “این یافته‌ها نشان می‌دهند که زمان چقدر در درک تخریب حافظه در بیماران مبتلا به تخریب مخچه‌ای اهمیت دارد و معمای تفاوت‌های بین آزمایش‌ها و بین مطالعات در تأثیرات آسیب مخچه‌ای بر توانایی یادگیری حسی-حرکتی را حل می‌کند.”

او ادامه داد: “تحقیقات ما معمولاً شامل طراحی دستکاری‌های تجربی جدید برای به‌دست آوردن مجموعه‌های داده نوآورانه است که می‌تواند بینش‌هایی در مورد مکانیزم‌های یادگیری و حافظه ارائه دهد، اما گاهی اوقات فقط نگاه کردن به داده‌های قدیمی از زاویه درست می‌تواند حتی بیشتر روشنگر باشد.”

این تحقیق به‌طور مشترک توسط تریشیا گیبو نوشته شده است.