מחולל תבנית מרכזי

מחולל תבנית מרכזי (באנגלית: Central pattern generator; בראשי תיבות: CPG) הוא רשת עצבית המסוגלת לייצר תנועה תבניתית בלי לקבל משוב חישתי, קלט מהעולם החיצון, או פקודה מהמוח הגדול. המנגנון משמש ליצירת תנועות ריתמיות כמו הליכה, לעיסה, נשימה, שחייה, עליה במדרגות, שהן תנועות מעניינות מבחינה התנהגותית. מחולל תבניות מרכזי נמצא בבעלי חיים שונים, החל מחרקים, סרטנים, ציפורים יונקים ואפילו האדם. ממצא זה מרמז על כך שהמנגנון נשמר במהלך האבולוציה והוא חשוב להישרדות.

 מנגנון הפעולה 
ממוזער|רשת נוירונים המדגימה פעולת מחולל תבניות מרכזי.|250x250 פיקסליםרשתות נוירונים במוח השדרה הן בעלי תפקוד חשוב בקואורדינציה המוטורית ברשת נוירונים כזאת מעורבים נוירונים מעוררים ונוירונים מעכבים, והבקרה היא בקרה ספינלית (של מוח השדרה). ברשת כזאת הנוירונים המוטוריים בצד הנגדי של מוח השדרה יופעלו באופן הדדי. הדבר מושג באמצעות רשת של נוירוני ביניים מעוררים ומעכבים המאפשרים לשריר המכופף או המיישר בצד אחד של הגוף להתכווץ בזמן שהשריר הנגדי מתרפה. באיור רואים איך נוירון ביניים (אינטרנוירון) מעורר, מפעיל נוירון ביניים מעורר בצד אחד של מוח השדרה וגורם לשריר להתכווץ. נוירון ביניים מעכב מונע את התכווצות השריר הנגדי.

עדויות מחקריות הראו כי באנשים שמוח השדרה שלהם נפגע, מחוללי התבניות המרכזי במוח השדרה הפגום שמרו על היכולת לפעול וליצור תנועות ריתמיות גם כאשר הבקרה מהמוח הגדול והגירוי הסנסורי נעלמו. לכן עם תרגול חוזר בהליכה על הליכון, תמיכה במשקל הגוף, ושמירה על מנח הרגליים, אפשר לעורר "הליכה ספינלית".

 דוגמה 
ממוזער|התכווצות שרירים מנוגדת בזמן הליכה|250x250 פיקסליםבהליכה למשל, חייבת להיות קואורדינציה בין הרגליים. מחולל התבניות המרכזי גורם להתכווצות שרירים ברגליים בתבנית מנוגדת. כאשר מרימים רגל אחת כדי לזוז קדימה, הרגל השנייה חייבת להישאר יציבה על הרצפה.

פעולת ההליכה מתחילה מפקודה רצונית. רשת הנוירונים יכולה להיות מופעלת על ידי מידע חישתי או על ידי אותות מגזע המוח או מהמוח הגדול, אך יכולה להמשיך לבד ללא צורך במודעות אליה. עם זאת, מחולל התבניות המרכזי אינו מתעלם ממשוב מהפריפריה. אם נתקלים במכשול, בעל החיים ההולך יכול לעקוף אותו.

מחוללי התבנית המרכזיים אינם נוקשים יכולים לעבור מודולציה כדי להתאים את האורגניזם ללמצבו הפיזיולוגי ולשינויים בסביבה. למשל שינוי קצב ההליכה בהתאם למהירות הרצויה.

 רובוטים 
מידע ביולוגי על מחוללי תבניות מרכזיים משמש ככלי לבנית רובוטים ניידים בעלי מפרקים. רובוטים יכולים לשמש גם ככלי מחקרי לבחינת המודלים הביולוגיים של CPG. ניסויים על רובוטים יכולים לספק הבנה עמוקה יותר לגבי אופן הפעולה של מנגנוני בקרה ביולוגיים. באמצעות שילוב של משוב חושי ברובוטים מבוססי CPG, ניתן ללמוד איך לשפר את יכולות ההתאמה לסביבות משתנות, ואיך להשתמש בידע מהרובוטיקה להבנת תהליכים עצביים ביולוגיים.

קישורים חיצוניים
 הסבר על אופן פעילות מחולל תבנית מרכזי
 הערות שוליים 

קטגוריה:נוירולוגיה