معظم الفقاريات تُصاب بالشلل أو بقيود حركية شديدة بعد إصابة الحبل الشوكي، لكن ثعبان البحر (الأنقليس) قادر على السباحة بشكل طبيعي حتى بعد قطع الحبل الشوكي تماماً، بل ويمكنه التحرك على اليابسة. ظلت الآلية العصبية وراء هذه القدرة لغزاً لفترة طويلة. كشف فريق بحث دولي حديثاً عن هذا السر، ونُشرت النتائج في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

دمج الفريق نوعين من التغذية الراجعة الحسية (التمدد والضغط) في نموذج دائرة عصبية لسمكة طويلة تشبه الأنقليس، ثم اختبر النموذج عبر محاكاة حاسوبية وتجارب على روبوتات حقيقية. أظهرت النتائج أن الأنقليس يعتمد على إشارات الجسم (مثل إحساس التمدد والضغط في الجلد) للتكيف مع البيئات المختلفة، وتندمج هذه الإشارات مع الإيقاعات الداخلية للجهاز العصبي، مما يُبقي على التناسق الحركي حتى في حالة إصابات الحبل الشوكي الشديدة.

قال الأستاذ المساعد كوتارو ياسوي (Kotaro Yasui) من معهد العلوم المتقاطعة المتقدمة بجامعة توهوكو، والمؤلف الرئيسي للدراسة: «تُساعد هذه النتائج في تصميم روبوتات عالية التكيف قادرة على التنقل في بيئات معقدة وغير متوقعة».

طوّر الفريق أولاً نموذجاً رياضياً للدائرة العصبية يدمج التغذية الراجعة من التمدد والضغط، بافتراض أن كل جزء من جسم الأنقليس يحتوي على دائرة عصبية مشابهة لمولد النمط المركزي (CPG) تنتج إيقاعات حركية تُنظم عبر الإشارات الحسية. أظهرت المحاكاة الحاسوبية والتجارب على الروبوتات أن النموذج يسبح بثبات وسرعة بفضل التغذية الحسية، وأن نفس الدائرة العصبية مكّنت الروبوت من الزحف على اليابسة وتجاوز العوائق، حيث كانت التغذية الراجعة من التمدد حاسمة لتوليد قوة دفع أمامية عند دفع العوائق.

ولاستكشاف كيفية استمرار الحركة بعد إصابة الحبل الشوكي، أجرى الفريق تجارب قطع عرضي للحبل الشوكي على أنقليس حقيقية، ثم محاكاة وتجارب روبوتية باستخدام النموذج العصبي المزود بالتغذية الحسية المزدوجة. أظهرت النتائج أن التكامل بين التغذية الحسية المتعددة والقدرة الذاتية للدائرة العصبية على توليد الإيقاع يجعل الجسم قادراً على تنسيق حركة الأجزاء المصابة حتى في غياب إشارات الدماغ تماماً.

كما عمّقت الدراسة فهمنا لتطور الحركة. يوضح البروفيسور أكيو إيشيغورو (Akio Ishiguro) من معهد بحوث الهندسة الكهربائية والاتصالات بجامعة توهوكو، والمؤلف المشارك في الورقة: «الدائرة العصبية المسؤولة عن السباحة تدعم أيضاً الحركة على اليابسة، مما يشير إلى أنه عندما انتقلت الفقاريات إلى اليابسة لم تكن بحاجة إلى دوائر عصبية جديدة تماماً؛ بل أُعيد استخدام الدوائر السباحية المرنة، مما قلّل الحاجة إلى تحكم معقد من الأعلى إلى الأسفل، وسمح بالحركة بكفاءة في بيئات مختلفة».