הינך נמצא כאן

מחלוקת בת עשרות שנים נפתרה: איך מסתנכרנים תאים סנסוריים במוח?

מדעני מכון ויצמן למדע הוכיחו כי האותות המועברים בין תאי עצב בקליפת המוח – ולא אלה שמקורם בתלמוס – הם שאחראים לשונות ולתיאום בין התאים המופקדים על חישה
25.05.2017

דפוס הפעילות בשני תאי עצב בקליפת המוח מתואם – גם כאשר התגובה עצמה לגירוי חושי זהה משתנה

קרן שמש, ציוץ ציפורים, מגע כף יד – כיצד אנחנו מפרשים את הגירויים החושיים שאנו נחשפים אליהם? אותות המתקבלים מהסביבה נהפכים בגופנו לדחפים חשמליים הנעים לאורך מסלולים עצביים במוח, ומעובדים לאותה תחושה מוכרת – לראות כיסא, לשמוע שיר, למשש פרי. אבל האם בכל פעם שאנו מתבוננים בכיסא מסוים מתעוררת בנו תגובה זהה? כלומר, האם דפוס הפעילות של תאי עצב יהיה זהה כאשר גירוי מסוים חוזר על עצמו במדויק? התשובה היא – בהחלט לא, התגובה בפועל משתנה בכל חזרה. בפעם הבאה שנביט באותו הכיסא, ייתכן שתאי המוח שלנו יגיבו באופן חזק או חלש יותר מאשר בפעם הקודמת.

ואולם, מה שמפתיע עוד יותר הוא שתאי העצב מתואמים – הם מגיבים לאותו גירוי חושי באותה דרך. לכן לא ניתן להסביר את שונות התגובה של תאים בודדים רק באמצעות ממוצע התגובות של תאים מרובים. מה אם כן גורם ליצירת שונות מתואמת זו?

מחלוקת אחת, שני מחנות

במשך עשרות שנים הייתה שאלה זו נתונה במחלוקת בין שני מחנות עיקריים. מחנה אחד מחזיק בסברה שמקור השונות והתיאום בין התאים הוא באותות המגיעים מאזור התלמוס במוח, האחראי לניתוב רוב הגירויים החושיים שהגוף מזהה אל תאים בקליפת המוח – אזור המוח שבו מעובד ומתורגם המידע החושי.

המחנה השני מצביע על כך שההבדל בתגובות שנצפו בין ניסוי לניסוי ובתיאום בין התאים נוצר בעת העברת אותות בתוך רשת תאי עצב באזור קליפת המוח, לאחר שהגיעו מהתלמוס.

פרופ' אילן למפל וקבוצת המחקר שלו מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן, אשר כללה בעת ביצוע המחקר את ד"ר קטאיון כהן קאשי, חוקרת בתר-דוקטוריאלית ואת תלמידי המחקר בועז מוהר ועקיבא רפופורט, הצליחו לשפוך אור – פשוטו כמשמעו – על העניין, והצטרפו בכך ל"מחנה קליפת המוח".

מימין: פרופ' אילן למפל, ד"ר קטאיון כהן-קאשי ועקיבא רפופורט. מחנה קליפת המוח

פתרון המחלוקת

תאי העצב בקליפת המוח מקבלים אותות מתאים רבים ושולחים אותות לתאים רבים דרך צמתים מיוחדים הנקראים סינפסות. המדענים תיכננו אפוא ניסוי ייחודי שבו החדירו אלקטרודות לתאי עצב בקליפת המוח של עכברים מהונדסים גנטית, על מנת לעקוב אחר הפוטנציאל החשמלי של התאים שנוצר בעקבות הפעילות הסינפטית. העובדה שהחוקרים מדדו את הפוטנציאל החשמלי בזוגות קרובים של תאים – ולא בתאים בודדים – היא שאיפשרה להם לגלות את מקור התיאום.

בהמשך, ביקשו המדענים לברר אם מקור השונות והתיאום באותות שמקורם בתאים בתלמוס. לשם כך הם השתמשו בשיטה הקרויה "אופטוגנטיקה", אשר איפשרה להם "להפעיל" ו"לכבות" את הפעילות התאית בקליפת המוח באמצעות חשיפה לאור: כאשר לא הוקרן אור על התאים, קליפת המוח נותרה כשהייתה ופעילותה נמשכה כרגיל. אולם בעקבות הקרנת אור על קליפת המוח, התאים עוכבו באופן מוחלט ולכן לא יכלו להעביר מידע חושי הלאה לתאים אחרים. עיכוב פעילות התאים בקליפת המוח הוא שאִיפשר לחוקרים להסיק שהזרם החשמלי שבו הבחינו באמצעות האלקטרודות שהוחדרו לתוך התאים בקליפת המוח חייב היה להגיע מן התלמוס, שפעילותו אינה מושפעת מהאור.

למפל: "כאשר עיכבנו את פעילות התאים בקליפת המוח, הצלחנו לפרש את הפעילות החשמלית מהתלמוס על-פי שני תרחישים אפשריים – אם שני תאים בקליפת המוח מופעלים יחד עם קבלת אותות מהתלמוס, משמעות הדבר היא שהשונות והתיאום ביניהם נובעים מהתלמוס. לעומת זאת, אם התאים מופעלים בנפרד זה מזה, באופן בלתי תלוי, נוכל להסיק כי השונות והתיאום נובעים מאותות המועברים בין תאים בתוך קליפת המוח".

החוקרים עקבו אחר הפעילות החשמלית בשני תנאי ניסוי שונים: במהלך פעילות ספונטנית, כלומר ללא גירוי תחושתי חיצוני, ובזמן גירוי תחושתי חוזר של שערות שפמי העכברים.

ממצאי המחקר, שפורסמו בכתב-העת המדעי Nature Communications, מראים שכאשר מעכבים את פעילות תאי העצב בקליפת המוח, ובכך מודדים רק את האותות שמקורם מהתלמוס, תגובת תאי קליפת המוח אינה משתנה הרבה בין גירוי לגירוי ואינה מתואמת בין התאים השונים. ממצאים אלו מספקים הוכחה לכך כי האותות המועברים בין תאים בתוך קליפת המוח – ולא אלה שמקורם בתלמוס – הם שאחראים לשונות ולתיאום שנצפו בין תאים.

תיאום זה טוב או רע?

למפל: "כרגע, שונות ותיאום בין תאים הם ממצא תצפיתי – סימן היכר פיזיולוגי. אנחנו לא יודעים להגיד אם העובדה שקיים שינוי סינכרוני בפעילות של תאים רבים היא דבר 'טוב' או 'רע'".

מידע יכול להיות מקודד הן בפעילות של תאי העצב הבודדים והן בפעילותם המתואמת. בעבר הוצע כי תיאום בין תאים עשוי להפחית את קיבולת המידע שהתאים יכולים לשאת, ולכן שמנגנון שמונע את התגובה המתואמת עשוי להוביל לשיפור בפעילות החישובית שהמוח מבצע במטרה לעבד ולתרגם טוב יותר את העולם החושי. מצד שני, תיאום עשוי לשפר את תגובת תאי קליפת המוח, וכך להוביל לעיבוד מהיר יותר של מידע.

הבנת מקורותיהם של השונות והתיאום בין תאים, אם כן, עשויה להניב תובנות מועילות אודות עיבוד מידע בקליפת המוח ותפיסה, לא רק במערכת המישוש שנחקרה, אלא גם במערכות הראייה והשמיעה. 

לשיתוף:

 

 

 

 

אינסטגרם

.