المخ والفيزياء

بقلم :  يوسف تامر رمضان

للفيزياء مكانة خاصة عند كثير من العلماء، فبدراستها توصل العلم إلى كثير من الأشياء التي إذا اطلع عليها القدماء لظنوها معجزات، وجدير بالذكر أن دراسة هذا المجال تؤثر على أدمغتنا بشكل كبير، وتُنشط المخ بشكل ملحوظ، حتى أن بعض العلماء أنشأوا علمًا لدراسة علاقة المخ بالفيزياء.

الفيزياء العصبية

عند الحديث عن العلوم يخطر في بال معظمنا أنواع العلوم التقليدية والمعتادة مثل الأحياء، والكيمياء، والفيزياء. ولكن جدير بالذكر أن أنواع العلوم في تزايد مستمر؛ حيث تظهر كل يوم أنواع جديدة تربط بين نوعين أو أكتر من العلوم في مجال واحد. وهذا هو الحال في علم الفيزياء العصبية فهو يعمل على ربط الفيزياء بعلم الأعصاب. وتختص الدراسة في هذا المجال بمعرفة الطبيعة الفيزيائية للجهاز العصبي، وكيفية عملها، وعلاقتها بقوانين الطبيعة في الفيزياء. يتكون الجهاز العصبي من عدة أجزاء، حيث تدرس الفيزياء العصبية وظيفة كل جزء وتأثيره على السلوكيات الفيزيائية للشخص، والطبيعة الفيزيائية للخلايا العصبية، وكيفية عمل الدماغ، والخطوات التي يقوم بها أثناء التفكير في حل المسائل والمعادلات الفيزيائية. فعندما يبدأ الإنسان بحل مسألة في الفيزياء، يعمل المخ بتسلسل معين وخطوات محددة. وتُدرَس كل هذه الخطوات بالتفصيل في مجال الفيزياء العصبية.

كيف تفهم أدمغتنا الفيزياء؟

يظن كثير منا أن الجسم البشري يستطيع تحليل الحركات الفيزيائية التي تحدث أمامه عن طريق المركز البصري في دماغ الإنسان، لكن الواقع أن المنطقة المسؤولة عن فهم الحركات والاستنتاجات الفيزيائية هي منطقة تخطيط الأفعال في القشرة الدماغية (كما هو موضح بالصورة) وبالأخص المنطقتين التاليتين: «القشرة أمام الحركية» (Premotor Cortex)
«الباحة الحركية الإضافية «(Supplementary Motor Area)

أما بالنسبة للمنطقة المسؤولة عن الحسابات الفيزيائية والحسابات البديهية لحركة الأجسام الفزيائية فقد اكتشفها العلماء حديثًا وأطلقوا عليها اسم «المحرك الفيزيائي» (Physics Engine).

أجرت كثير من المؤسسات والجامعات في الفترة الأخيرة تجاربَ حول كيفية فهم الدماغ البشرية للفيزياء. ومن أبرز هذه التجارب، تجربة أجراها فريق بحثي مكون من علماء ومختصّين في «معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا» (MIT) بالولايات المتحدة الأمريكية، حيث أُجري البحث على اثني عشر طالبًا بعد أن وُضِع أمامهم مجموعة من القطع الخشبية الخاصة بلعبة «الجينغا» (Jenga) (في الصورة)، وطُلِب منهم مراقبة تلك القطع الخشبية وتَوقُع مكان سقوطها. وفي الوقت نفسه صور الباحثون أدمغة الطلاب باستخدام «التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي» (Functional magnetic resonance imaging).

كانت نتائج هذه التجربة مذهلة، حيث أظهر التصوير بالرنين المغناطيسي أن أكثر مناطق الدماغ استجابة لهذه الأحداث المنطقتين المذكورتين سابقًا «القشرة أمام الحركية» و«الباحة الحركية الإضافية».

ومع استكمال الأبحاث، أظهرت أربعة أبحاث أخرى أجريت في نفسِ المعهد نفسَ النتائج. وفي أحد الأبحاث طُلب من الطلاب أن يشاهدوا مقطع فيديو يعرض بعض الحركات الفيزيائية، وأثبت هذا البحث زيادة نشاط الدماغ مع زيادة الحركات الفيزيائية، بالأخص في المنطقتين المذكورتين. وساهمت هذه الدراسات في فهم منطقة «المحرك الفيزيائي» وتطوير هذه المنطقة لدى بعض الروبوتات، مما يجعل قدرتهم على إدراك الحركة أكثر سرعة، كما ساهمت أيضًا في فهم بعض الأمراض، مثل مرض « تَعذُّر الأداء» (Apraxia).

أهمية دراسة الفيزياء للمخ:

الفيزياء هو علم يدرس العالم المحيط بالإنسان، وبعد دراسة العالم والظواهر التي تحدث به تبدأ الفيزياء بوضع قوانين لتفسير كل ما يحدث في هذا العالم، وقد أثبتت بعض الأبحاث أن دراسة الفيزياء تُنشط آلية عمل الدماغ، ففي بعض التجارب راقب العلماء أدمغة الطلاب باستخدام تقنية الرنين المغناطيسي الوظيفي أثناء دراستهم لدروس الفيزياء في مناهجهم الدراسية، ووجدوا أن النشاط الدماغي ينتقل من المراكز الخلفية في الدماغ إلى القشرة الأمامية، حيث يكون النشاط مركزًا في القشرة الأمامية عند اكتمال فهم المعلومة، وتعد القشرة الأمامية بمثابة الشبكة التنفيذية في الدماغ. كما أثبتت هذه الدراسة أيضًا أن التفكير في المجالات الفيزيائية يؤدي إلى بناء أنماط جديدة ومميزة في أدمغة الأنسان، وتساعد تلك الأنماط الإنسان في حياته اليومية. فمثلًا الأنماط التي تَنشأ أثناء حل المعادلات الفيزيائية تساعد في فهم وتحليل الجمل، والأنماط التي تَنشأ أثناء دراسة الأمواج الطولية والصوتية تساعد في تحليل المقاطع الموسيقية والأغاني. وأشارت إحدى الدراسات التي أُجريت على عدد من الطلاب أثناء حلهم لبعض مسائل الفيزياء إلى أن نشاط الدماغ زاد بشكل كبير (كما في الصورة)، حيث كانت المناطق الزرقاء نشطة قبل حلهم للمسائل الفيزيائية، لكن بعد حلهم للمسائل تغير الأمر وأصبحت المناطق الحمراء نشطة.

ملخص:
الفيزياء العصبية هي علم مستحدث يدرس الطبيعة الفيزيائية للجهاز العصبي وتأثير الفيزياء على الدماغ، فللفيزياء فوائد كثيرة لمخ الإنسان، كما أن لها دورًا كبيرًا في تنشيط الدماغ وإنتاج أنماطٍ تساعد الإنسان في حياته اليومية.

المصادر

 New parts of the brain become active after students learn physics – study. Drexel Home. (2022, February 1). Retrieved June 8, 2022, from https://drexel.edu/news/archive/2018/may/new-parts -of-the-brain-become-active-after-students-learn-physics

 Cepelewicz, J. (2016, August 1). How your brain learns physics. Scientific American. Retrieved June 8, 2022, from https://www.scientificamerican.com/article/how-your-brain-learns-physics /
 Kohli, S. (n.d.). See how your brain morphs when you learn physics. Quartz. Retrieved June 8, 2022, from https://qz.com/364511/see-how-your-brain-morphs-when-you-learn-physics/

 Brewe, E., & Bartley, J. E. (1AD, January 1). Toward a neurobiological basis for understanding learning in University Modeling Instruction Physics Courses. Frontiers. Retrieved June 8, 2022, from https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fict.2018.00010/full

 Otto, F. (2018, May 24). New parts of the brain become active after students learn physics. Medical Xpress – medical research advances and health news. Retrieved June 8, 2022, from https://medicalxpress.com/news/2018-05-brain-students-physics.html?utm_source=nwletter&utm_medium=email&utm_campaign=weekly-nwletter