الباحثون من جامعة كولومبيا البريطانية (UBC) أنشأت منصة روبوتية فريدة من نوعها تساعد على فهم كيفية إبقاء الدماغ للجسم في وضع مستقيم. تمثل تجربة “مبادلة الجسم” هذه نموذجًا لتباطؤ ردود الفعل الحسية وتوضح سبب احتمالية فقدان الأشخاص لتوازنهم والسقوط مع تقدمهم في السن. ونشرت النتائج في المجلة الروبوتات العلمية.

كيف يحافظ الدماغ على التوازن

قد يبدو الوقوف بشكل مستقيم أمرًا بسيطًا في البداية، لكن الدماغ يعالج باستمرار المعلومات الواردة من العينين والأذن الداخلية وأجهزة استشعار الضغط في الساقين. تسمح لك هذه الإشارات بالتنبؤ بالحركات وضبط وضعيتك. ومع ذلك، مع الشيخوخة أو الأمراض العصبية مثل التصلب المتعدد أو الاعتلال العصبي السكري، تتباطأ معالجة الإشارات.

قال الدكتور جان سيباستيان بلوين، الأستاذ في كلية علم الحركة بجامعة كولومبيا البريطانية: “لا توجد طريقة سهلة لتسريع هذه التفاعلات، ولكننا وجدنا أن النبضات الميكانيكية الصغيرة يمكن أن تجعل من الأسهل على الدماغ الحفاظ على التوازن”.

روبوت يغير قوانين الفيزياء

تتيح لك المنصة محاكاة وتصحيح القوى التي يواجهها الجسم عند الوقوف: القصور الذاتي ومقاومة الحركة والجاذبية. يقف المشاركون على مسند ظهر مزود بمحركات ومنصات القوة. تؤدي زيادة القصور الذاتي إلى خلق شعور بالثقل، وزيادة اللزوجة تؤدي إلى إبطاء الحركة، واللزوجة السلبية تسرع الميل، كما لو كان الجسم يتم دفعه. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للروبوت تقديم تأخير يبلغ حوالي 200 مللي ثانية بين حركة الإنسان واستجابة المنصة، ومحاكاة ردود الفعل العصبية البطيئة.

على الرغم من أن المنشور العلمي يطلق على الجهاز اسم الروبوت، إلا أنه في الواقع عبارة عن منصة موازنة آلية – نظام آلي مزود بأجهزة استشعار تحاكي استجابات الجسم وتأخير الإشارات، مما يسمح بدراسة كيفية احتفاظ الدماغ بوضعية مستقيمة.

وقال الدكتور بلوين: “مع هذا النظام، يمكنك إعادة كتابة قواعد كيفية عمل الجسم. وفي لحظة، تبدأ في تجربة الفيزياء بشكل مختلف، كما لو كنت في جسد شخص آخر”.

ثلاث تجارب واكتشافات مهمة

في التجربة الأولى، تسبب تأخير الإشارات في تقلبات كبيرة وعدم استقرار. وفي الحالة الثانية، خلقت التغيرات في القصور الذاتي واللزوجة أحاسيس مماثلة. لاحظ المشاركون أن كلا السيناريوهين تم النظر إليهما بشكل متطابق تقريبًا. وفي تجربة ثالثة، جمع العلماء بين تأخير ردود الفعل وزيادة القصور الذاتي واللزوجة. استعاد معظم المشاركين الاستقرار سريعًا، وانخفض حجم التذبذبات بنسبة 80%.

وقال المؤلف الرئيسي بول بيلزنر: “لقد فوجئنا بأن التصحيح الميكانيكي يمكن أن يعوض جزئياً عن الإشارات المتأخرة”.

تطبيقات للصحة والتكنولوجيا

لا يزال السقوط بين كبار السن يمثل مشكلة خطيرة في جميع أنحاء العالم. تمهد نتائج الدراسة الطريق لتطوير الأجهزة القابلة للارتداء والتي ستساعد في الحفاظ على التوازن، بالإضافة إلى الأنظمة الروبوتية لتدريب المرضى الذين يعانون من مشاكل التنسيق.

وفقًا للباحثين، فإن التجربة مهمة أيضًا بالنسبة للروبوتات: إن فهم كيفية تعويض الدماغ البشري للإشارات البطيئة سيساعد في إنشاء روبوتات بشرية تتمتع بتوازن أفضل وقدرة على التكيف مع البيئات غير المتوقعة.

يخطط العلماء لاستخدام الروبوت لدراسة أنواع مختلفة من تأخيرات ردود الفعل والتأثيرات على التوازن في ظل قيود جسدية وحسية مختلفة. وهذا سيجعل من الممكن إنشاء استراتيجيات فردية لمساعدة كبار السن ومحاكاة السيناريوهات المعقدة للروبوتات. وتؤكد الدراسة أنه حتى التأخير البسيط في المدخلات الحسية يمكن أن يكون له تأثير كبير على التوازن. ومع ذلك، فإن الجمع بين التعديلات الميكانيكية والتدريب يمكن أن يعوض عن هذه التأثيرات.