Optimizing Noisy Galvanic Vestibular Stimulation Frequency Range for Enhancing Vestibular Perception and Manual Control Performance
تُظهر هذه الدراسة أن تطبيق التحفيز الدهليزي الجلفاني الضوضائي (nGVS) في نطاق تردد أعلى (10-30 هرتز) يحسن بشكل كبير عتبات التعرف على الاتجاه الدهليزي وأداء التحكم اليدوي لدى الأشخاص الأصحاء، بينما لا يحقق نطاق التردد الأدنى (0-2 هرتز) الذي يتداخل مع ترددات الحركة الطبيعية أي فوائد من هذا القبيل.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يمتلك جسم الإنسان نظام ملاحة داخلي متطور، وهو عبارة عن شبكة من المستشعرات المخفية في عمق الأذن الداخلية تراقب باستمرار كيفية تحركنا وأين نوجد في الفضاء. هذا النظام، المعروف باسم الجهاز الدهليزي، يسمح لنا بالوقوف منتصبين دون الحاجة للنظر للأسفل، والمشي في خط مستقيم، وتقدير ميل رؤوسنا بينما أعيننا مغلقة. وعندما يتعطل هذا النظام، سواء بسبب التقدم في السن، أو المرض، أو التأثيرات المربكة لرحلات الفضاء، تكون النتيجة فقدانًا عميقًا للتوازن وعدم قدرة خطيرة على التحكم في المركبات أو الآلات. وقد استكشف العلماء لفترة طويلة طرقًا لتعزيز هذه الحاسة المتراجعة باستخدام تقنية تسمى التحفيز الدهليزي الغالفاني الضوضائي. وتتضمن هذه الطريقة وضع أقطاب كهربائية خلف الأذنين وإرسال إشارة كهربائية عشوائية ضعيفة جدًا عبر الجلد. والفكرة هي أن هذه "الضوضاء" الكهربائية الضئيلة يمكن أن تساعد مستشعرات الدماغ على اكتشاف الحركة بوضوح أكبر، تمامًا كما يمكن لبعض الضوضاء الخلفية أن تساعد الشخص أحيانًا في سماع صوت خافت قد يفوته لولا ذلك. وبينما أظهر هذا النهج نتائج واعدة في مساعدة الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات التوازن، لم يتفق الباحثون بعد على أفضل طريقة لضبط الإشارة. وتحديدًا، لم يكونوا متأكدين مما إذا كان ينبغي للضوضاء الكهربائية أن تحاكي الإيقاعات الطبيعية البطيئة لحركة الإنسان، أم أن إشارة أسرع وأعلى حدة قد تكون أكثر فعالية.
وضع فريق من الباحثين في وكالة ناسا (NASA) وشركة (KBR) هدفهم لحل هذا اللغز من خلال اختبار نسختين مختلفتين من هذه الضوضاء الكهربائية على مجموعة من البالغين الأصحاء. أرادوا معرفة ما إذا كانت إشارة تحتوي فقط على أصوات عالية التردد، تتراوح بين 10 إلى 30 هرتز، ستكون أكثر فعالية من إشارة تحتوي فقط على أصوات منخفضة التردد، من 0 إلى 2 هرتز. وقد تم اختيار نطاق التردد المنخفض لأنها تتداخل مع السرعة الطبيعية لتأرجح وتمايل البشر، بينما يقع نطاق التردد العالي فوق تلك الحركات الطبيعية بكثير. تضمنت الدراسة ثمانية عشر متطوعًا جلسوا في كرسي حركة متخصص قادر على إمالتهم جانبًا إلى الجانب وتحريكهم يمينًا ويسارًا. قام المشاركون بثلاث مهام متميزة أثناء ارتداء التحفيز الكهربائي. أولاً، كان عليهم تخمين اتجاه حركات دقيقة جدًا كانت ستكون مستحيلة الشعور بها بدون مساعدة. ثانيًا، حاولوا تتبع منصة متحركة باستخدام عصا تحكم مع إبقاء أعينهم مغلقة. وأخيرًا، حاولوا استخدام عصا التحكم لإلغاء الحركة تمامًا، والحفاظ على ثبات الكرسي رغم محاولة المنصة إمالته. تم ضبط التحفيز الكهربائي عند قوة محددة تبلغ 300 ميكرو أمبير، وهي مستوى قوي بما يكفي ليشعر به معظم الناس ولكن ليس قويًا بما يكفي للتسبب في ألم أو تشنج عضلي لا إرادي.
كشفت النتائج عن تفضيل واضح للإشارة الأسرع. فعندما حلل الباحثون مدى جودة قدرة المشاركين على اكتشاف اتجاه الحركات الدقيقة، أدى التحفيز عالي التردد إلى تحسين أدائهم بشكل كبير. ففي المتوسط، استطاع المتطوعون اكتشاف الميل والتحرك في مسارات أصغر بنسبة 32 بالمائة تقريبًا مما كانت عليه قبل تفعيل الإشارة عالية التردد. وفي المقابل، لم يقدمت الإشارة منخفضة التردد أي فائدة ملموسة؛ حيث ظلت قدرة المشاركين على استشعار الحركة كما هي دون وجود أي تحفيز. تشير هذه النتيجة إلى أن الضوضاء الكهربائية تعمل بشكل أفضل عندما لا تحاكي الإيقاع الطبيعي لحركات الجسم الخاصة. ومن خلال استخدام تردد متميز عن التمايل البطيء للرأس، قد تتجنب الإشارة عالية التردد إرباك مستشعرات الدماغ، مما يسمح لها بالتقاط الحركة الحقيقية بفعالية أكبر.
امتدت مزايا الإشارة عالية التردد إلى ما هو أبعد من مجرد الاكتشاف البسيط لتصل إلى التحكم النشط. فعندما حاول المتطوعون استخدام عصا التحكم للحفاظ على ثبات كرسي الحركة، ساعدهم التحفيز عالي التردد على ارتكاب أخطاء أقل والحفاظ على وضعية أكثر ثباتًا. أصبحت حركاتهم أكثر دقة، مع تذبذب وخطأ أقل، مقارنة بما كانت عليه عند عدم تلقي أي تحفيض أو عند تلقي التحفيز منخفض التردد. ومن المثير للاهتمام أن التحفيز منخفض التردد لم يحسن مهمة التحكم اليدوي هذه أيضًا. وبينما جعلت الإشارة عالية التردد المشاركين أفضل في استشعار الحركة وتثبيت الكرسي، إلا أنها لم تغير مدى جودة قدرتهم على مجرد تتبع جسم متحرك بأعينهم المغلقة. وهذا يشير إلى أن فائدة الإشارة عالية التردد محددة بالمهام التي تتطلب من الدماغ تفسير الحركة وإجراء تعديلات دقيقة، بدلاً من مجرد اتباع مسار.
تقدم هذه النتائج اتجاهًا جديدًا لتحسين الأداء البشري في المواقف التي يكون فيها التوازن أمرًا بالغ الأهمية. تشير الدراسة إلى أنه بالنسبة للمهام التي تتضمن حركات بطيئة وسلبية، مثل تلك التي يواجهها رواد الفضاء أو الطيارون، فإن الإشارة الكهربائية عالية التردد تعد أداة أكثر موثوقية من تلك التي تحاكي وتيرة التمايل الطبيعي البطيئة. ويقترح الباحثون أن الإشارة عالية التردد قد تعمل من خلال إشراك أجزاء مختلفة من شبكة المعالجة في الدماغ أو من خلال تجنب التداخل الذي يحدث عندما تتطابق عملية التحفيز مع الترددات الطبيعية للجسم. وبينما أجريت الدراسة على بالغين أصحاء واستخدمت قوة ثابتة للتحفيز، فإن النتائج تشير إلى ضبط محدد لهذه التقنية يمكن أن يساعد رواد الفضاء في النهاية على الحفاظ على السيطرة أثناء عمليات الهبوط على القمر أو مساعدة الطيارين في ظروف الطيران الصعبة. ولا يدعي العمل أنه قد حل جميع مشكلات التوازن، ولكنه يوفر خطوة ملموسة قائمة على الأدلة نحو تحسين كيفية استخدامنا للكهرباء لشحذ حواسنا حول مكان وجودنا في العالم.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.