دراسات جديدة لفهم أساسيات «ذاكرة العضلات»

دراسات جديدة لفهم أساسيات «ذاكرة العضلات»
TT

دراسات جديدة لفهم أساسيات «ذاكرة العضلات»

دراسات جديدة لفهم أساسيات «ذاكرة العضلات»

«ذاكرة العضلات» ليست واحدة من أساطير عالم الرشاقة؛ بل حقيقة واقعة، ولو أن معناها قد يختلف قليلاً عمّا يعتقد.

- ذاكرة عضلية
يتحدث الناس بشكل عام عن عدم نسيانهم مهارة ركوب الدراجة، ورمي الكرة، واستخدام مضرب التنس؛ بوصفها أمثلة على «ذاكرة العضلات (muscle memory)»، ولكن هذه المهارات التي تستعيدها الذاكرة باستمرار تعود جذورها إلى عملية التعلم الحركي. ويشرح ديفيد بيم، الباحث والأستاذ الجامعي في «كلية الحركية البشرية والترفيه» بجامعة ميموريال، في نيوفاوندلاند الكندية، أنه عندما يتعلم الإنسان كيف يؤدي هذه الحركات بشكل جيد ويصبح قادراً على تأديتها بشكل تلقائي دون تفكير واع، ترسخ هذه المعلومات على شكل رموز في الدماغ. ولذلك، وفي المستقبل، فإن ما يظل يرافق الإنسان هو «التنسيق الحركي الأساسي الذي تعلمه». في المقابل؛ عندما يتحدث العلماء المختصون في وظائف الأعضاء عن ذاكرة العضلات، فإنهم يشيرون إلى الظاهرة التي تكتسب من خلالها العضلات المدربة سابقاً القوة والحجم السريعين بعد فترة من توقف التمرين مقارنة بالعضلات التي لم تتدرب مطلقاً سابقاً وتبدأ من الصفر. وقد أظهرت الدراسات العلمية في السنوات الخمس عشرة الماضية أن التغييرات في العضلات لا تتوقف. فقد رجحت نتائج دراسة أجريت على الفئران أنه، وبعد تكاثر نوى (nuclei) الخلايا العضلية استجابة للتمارين الثقيلة، لا يخسر الإنسان هذه النوى في فترات انعدام الحركة المتتالية؛ بل يحتفظ بها الجسم في ألياف العضلات في انتظار إعادة تشغيلها عند استئناف التمرين.
عند ممارسة الرياضة، تتعرض ألياف العضلات إلى ضرر طفيف وطبيعي يلعب دوراً مهماً في زيادة قوة العضلات؛ لأن «الخلايا النائمة» المعروفة باسم «الخلايا التابعة» تسارع إلى موقع الإصابة وتُدخل مزيداً من النوى - وهي أدمغة الخلايا - إلى الألياف، مما يزيد نمو العضلات؛ بحسب ما أفاد به فابيو كومانا، الأستاذ المحاضر في العلوم الرياضية والغذائية بجامعة ولاية سان دييغو. ونقلت ستيسي كولينو؛ الإعلامية الأميركية في واشنطن، عن كومانا أنه حتى «لو توقف الإنسان عن ممارسة الرياضة لفترة طويلة، تبقى النوى في مكانها وتسرع عودة نمو العضلات مع استئناف التمرين».

- تغيرات جينية
ترتبط الأبحاث الأخرى التي درست الذاكرة العضلية بالتغييرات التي تطرأ على أنماط عمل الجينات عند الاستجابة للبيئة والسلوك. شرح كيفن موراتش، الأستاذ المساعد المختص في الصحة والأداء البشري والترفيه بجامعة أركنساس، في فايتفيل، أن «الجينات تعمل في خلايا العضلات وتتوقف عن العمل استجابة منها للتمارين الرياضية بهدف إنتاج بروتينات معينة في الخلية مهمتها تسهيل نمو وتقوية العضلات». تشير هذه النظرية إلى أن التغييرات طويلة الأمد في هذه الجينات قد تكون مسؤولة عن تحريك ذاكرة العضلات. والخلاصة أنه بطريقة أو بأخرى، يتضح لنا التالي: كلما مارس الإنسان الرياضة؛ زاد مخزون ذاكرته العضلية. تشرح لورنس شوارتز، أستاذة علوم الأحياء في جامعة ماساتشوستس - أَمهرست، أن «هذه النوى الإضافية تُحفظ فور إفرازها في الجسم، ويعمد الجسم إلى تخزينها. يسير جسم الإنسان وفقاً لدليل إرشادي لصناعة العضلات، مما يعني أن استئناف ممارسة الرياضة سيعزز نمو عضلاته بشكل أسرع». يعتقد العلماء أن الذاكرة العضلية تدوم لوقت طويل وربما تكون أبدية. فقد عدّ بيم أنه «لا يوجد سن معينة لتوقف هذه الذاكرة». وقد عمدت دراسة حديثة أجريت على رجال بين الخمسينات والسبعينات من عمرهم، إلى التحقيق في تأثيرات اتباع نظام تمارين المقاومة متبوع باستراحة من التمرين (12 أسبوعاً)، ثم استئناف التمرين (12 أسبوعاً). وكما توقع الباحثون، عززت تمارين المقاومة قوة تمدد الركبة وصلابتها بنسبة ما بين 10 و36 في المائة، بينما أدى توقف التمارين إلى خسارة القوة والصلابة بنسبة تتراوح بين 10 و15 في المائة. أما الاكتشاف الكبير فهو: «احتاج المشاركون إلى أقل من 8 أسابيع بعد استئناف التمارين للوصول إلى مستوى ما بعد التمرين من الصلابة القصوى»؛ وفق الباحثين.
يشرح سيدريك براينت، رئيس ومدير القسم العلمي في «أميركان كاونسل أوف إكزرسايس (المجلس الأميركي للتمارين الرياضية)» أن سرعة اكتساب مستوى الرشاقة السابق تعتمد على: الرشاقة التي امتلكها الشخص قبل التوقف عن ممارسة الرياضة، ومدة الاستراحة، والسن، ومدة ممارسة الرياضة التي أسست الذاكرة العضلية. وختم قائلاً: «كلما كان الإنسان رشيقاً وكلما طالت فترة التأسيس للذاكرة العضلية، ازدادت نسبة ميل النتائج لصالحه».


مقالات ذات صلة

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

علوم النموذج تم تطويره باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

أنتجت مجموعة من العلماء هيكلاً يشبه إلى حد كبير الجنين البشري، وذلك في المختبر، دون استخدام حيوانات منوية أو بويضات.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم الهياكل الشبيهة بالأجنة البشرية تم إنشاؤها في المختبر باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء يطورون «نماذج أجنة بشرية» في المختبر

قال فريق من الباحثين في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة إنهم ابتكروا أول هياكل صناعية في العالم شبيهة بالأجنة البشرية باستخدام الخلايا الجذعية.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

تمكنت مجموعة من العلماء من جمع وتحليل الحمض النووي البشري من الهواء في غرفة مزدحمة ومن آثار الأقدام على رمال الشواطئ ومياه المحيطات والأنهار.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
علوم صورة لنموذج يمثل إنسان «نياندرتال» معروضاً في «المتحف الوطني لعصور ما قبل التاريخ» بفرنسا (أ.ف.ب)

دراسة: شكل أنف البشر حالياً تأثر بجينات إنسان «نياندرتال»

أظهرت دراسة جديدة أن شكل أنف الإنسان الحديث قد يكون تأثر جزئياً بالجينات الموروثة من إنسان «نياندرتال».

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

توصلت دراسة جديدة إلى نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات على كوكب الأرض مشيرة إلى أن نظرية «تبلور العقيق المعدني» الشهيرة تعتبر تفسيراً بعيد الاحتمال للغاية.

«الشرق الأوسط» (لندن)

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»