מבחוץ ומבפנים

שלווה או עצבנות, ריכוז או הסחת דעת: הלכי הרוח שלנו משפיעים על האופן שבו אנחנו לומדים ומייצרים זיכרונות. המידע הפנימי על הלכי הרוח מועבר דרך נתיבים עצביים נפרדים מאלה שבהם מועבר מידע מבחוץ הנקלט בחושים, אך השילוב של שני סוגי הנתיבים קובע כיצד יעבד המוח שלנו את המידע. מדעני מכון ויצמן למדע גילו מנגנון תאי המשלב בין שני זרמי המידע האלה בשכבה העליונה ביותר של חלקו החיצוני של המוח – שכבה 1 של קליפת המוח. מנגנון זה ממלא ככל הנראה תפקיד מרכזי בבקרה על ה"פלסטיות" של המוח – הגמישות הדרושה לו כדי שנוכל ללמוד דברים חדשים.

מעבדתו של ד"ר איבו שפיגל במחלקה לנוירוביולוגיה עוסקת ב"למידת מבוגרים" – כלומר כיצד סוגים שונים של תאי עצב בקליפת המוח מסדירים את ה"פלסטיות" של מעגלים מוחיים. על אף שחוקרים הניחו בעבר שהאינטגרציה של מידע מבחוץ ומבפנים מתרחשת בקליפת המוח, לא היו עד כה ממצאים משמעותיים לגבי מנגנונים אלה. "אחת הדרכים לגשת לשאלה", אומר ד"ר שפיגל, "היא לזהות את השחקנים השונים, ואז להבין איך כולם עובדים יחד; קצת כמו לנסות 'להנדס לאחור' מנגנון של שעון מורכב במיוחד".

במחקר חדש שפורסם באחרונה בכתב-העת המדעי Neuron, ד"ר שפיגל, יחד עם קבוצת המחקר שלו ועמיתים נוספים, התמקדו בתאי עצב ספציפיים בשכבה 1. תאי העצב בקליפת המוח נחלקים לשני סוגים כלליים – מעוררים ומעכבים. בעוד שרוב תאי העצב בקליפת המוח הם מעוררים, צוות המחקר התמקד דווקא בתאי העצב המעכבים מתוך מחשבה שהם אלה החיוניים לתהליך האינטגרציה של המידע. כדי לבחון כיצד פועלים תאי העצב המעכבים, היה עליהם למצוא תחילה גנים המבוטאים בתאים אלה בלבד.

בעוד שרוב תאי העצב בקליפת המוח הם מעוררים, צוות המחקר התמקד דווקא בתאי העצב המעכבים מתוך מחשבה שהם אלה החיוניים לתהליך האינטגרציה של המידע"

ד"ר שפיגל, יחד עם תלמידות המחקר דניאלה אפלבלט ודליה קושינסקי ועם קבוצת המחקר של ד"ר יוהנס לצקוס במכון מקס פלנק לחקר המוח בפרנקפורט, גרמניה, זיהו גן כזה, הנקרא Ndnf, והראו כי ביטוי Ndnf בתאי עצב מעכבים בשכבה 1 הוא ייחודי בקרב כלל תאי העצב המעכבים. בהמשך, יצרו החוקרים עכברים מהונדסים גנטית, כך שאפשר לשלוט בתאי העצב שלהם המבטאים את Ndnf, ולעקוב אחר פעילותם. באמצעות עכברים אלה, בדק צוות המחקר אם תאי Ndnf בשכבה 1 של קליפת המוח השמיעתית ממלאים תפקיד בניסוי למידה סטנדרטי, שבו העכברים מקשרים בין צליל מסוים ובין הלם חשמלי, ומייצרים תגובת פחד המופעלת כאשר מושמע הצליל.

תאי עצב פועלים באמצעות קשרים לתאי עצב אחרים – ותאי העצב המכילים Ndnf אינם שונים בכך. לפיכך, עקבו החוקרים אחר הקשרים הקרובים ביותר שלהם, ומצאו כי אלה מובילים לתאי עצב מעוררים הנמצאים עמוק יותר בקליפת המוח דרך שלוחות מסועפות, הנקראות דנדריטים. ניתוח הקשרים הוביל לגילוי סוג אחר של תאי עצב מעכבים, תאי מרטינוטי, הפועלים על תאי Ndnf. חקירה נוספת הראתה כי שני סוגי התא אינם יכולים לפעול בו-בזמן – כאשר אחד "פועל" השני "כבוי", ולהפך. מעגל זה טרם נצפה בעבר. שפיגל: "הקשר בין התאים המעכבים מעניין במיוחד, שכן תאי מרטינוטי נחשבים כמי שמשפיעים על הדנדריטים של תאי העצב המעוררים בתהליכי הלמידה".

לאחר מכן בדק הצוות באיזו מידה כל אחד משני סוגי התאים – תאי מרטינוטי ותאי Ndnf – מעורב בלמידה; כלומר, האם תאים אלה משנים את היענותם לצליל בעקבות ניסוי הלמידה? באופן מפתיע, תגובות תאי המרטינוטי לא השתנו, אבל תגובת הפחד שנלמדה התבטאה בתאי Ndnf, שתגובתם לצליל נעשתה חזקה הרבה יותר. למעשה, החוקרים מצאו כי ככל שהעכבר למד לפחד מהצליל יותר, כך נצפתה תגובה חזקה יותר בתאי Ndnf. ממצא זה מצביע על האפשרות שלתאי עצב עם Ndnf תפקיד בקידוד עוצמתה של החוויה הנלמדת.

ממצאי המחקר מצביעים על כך שתאי Ndnf ותאי מרטינוטי מחלקים ביניהם את העבודה: לתאי Ndnf העדפה בתיווך התגובה לגירויים פנימיים, ותאי מרטינוטי מגיבים יותר לגירויים חיצוניים. העובדה ששני סוגי התאים מחוברים ככל הנראה לסוג שלישי של תאים מעכבים, מצביעה כנראה על קיומם של מנגנוני משוב מורכבים הפועלים על תאים מעכבים בתהליך הלמידה. תאים מעכבים נחשבים לגמישים יותר מהמעוררים, ולכן עשויים לתרום הרבה יותר ליכולת ההשתנות של המוח. במלים אחרות, פעולה תקינה של תאים מעכבים עשויה להיות המפתח ליכולתנו ללמוד דברים חדשים.

אומר ד"ר שפיגל: "אמנם המחקר בתחילת הדרך, אבל התגלה עניין רב בעכברים המהונדסים שיצרנו, שכן הם מהווים כלי חדש לחקר הלמידה, הזיכרון וה'פלסטיות' של קליפת המוח. כעת אנו מתכננים כמה ניסויים שייקחו את המחקר לכיוונים חדשים. כך למשל איתותים על הלכי רוח פנימיים מועברים באמצעות אצטילכולין – מוליך עצבי אשר לעתים קרובות מתמעט בקשישים. אנחנו סבורים שלחומר זה עשוי להיות תפקיד בשמירה על גמישות תאי העצב בקליפת המוח, ובכוונתנו לבחון את הקשר האפשרי בין מנגנונים אלה ובין אלצהיימר".