הינך נמצא כאן

סרוגים - בין המרחב לזמן

01.12.2011

במוח מצויה קבוצת תאים ייחודית, אשר יורה אותות חשמליים במערכים משושים מושלמים במרחב. מאז גילוי "תאי הסריג" האלה בחולדות בשנת 2005, מדענים מנסים להבין מה גורם לתופעת תבנית הירי המשושה יוצאת הדופן. מחקר חדש במכון ויצמן למדע מרמז על התשובה: ממצאי המחקר מוכיחים, כי אחד מתוך שני המודלים המרכזיים שהוצעו לפעילות תאי הסריג בחולדות אינו תקף לגבי יונק אחר – העטלף. המחקר פורסם באחרונה בכתב העת המדעי Nature.
 
תאי סריג נמצאים באיזור הקרוי" קליפת המוח האנטוריינלית", והם יורים אותות חשמליים כאשר בעל החיים נע במרחב. בנוסף, מדענים סבורים כי תאי הסריג מתקשרים עם תאים באיזור הסמוך הנקראים "תאי מקום" – סוג אחר של תאי עצב הממוקמים באיזור במוח הקרוי היפוקמפוס, שיחסי הגומלין שלהם עם תאי הסריג אחראים לקביעת מיקום במרחב: תאי הסריג יוצרים מעין רשת משושים, שבאמצעותה ממפה המוח את הסביבה החיצונית, ואילו "תאי המקום" אחראים לקביעת מיקומים ספציפיים.
 
המודל, שבדקו ד"ר נחום אולנובסקי ותלמיד המחקר מיכאל ירצב מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, יחד עם פרופ' מנו וויטר מהאוניברסיטה למדע וטכנולוגיה של נורווגיה, בטרונדהיים, גורס שתנודות מחזוריות בפעילות תאי העצב הן שיוצרות את תבנית הרשת המרחבית. תנודות כאלה, שיוצרות גלים רציפים של פעילות חשמלית, נצפו בקליפת המוח האנטוריינלית של חולדות בזמן ירי תאי הסריג. המודל טוען, כי התנודות הללו, שהן למעשה תבנית מחזורית בזמן, עוברות המרה במוח לתבנית מחזורית במרחב – מבנה של סריג משושה.
 
האם העובדה ששתי התבניות האלה קיימות תמיד ביחד במוח החולדה מאפשרת להסיק כי אחת מהן גורמת את השנייה? ההתאמה המושלמת בין התבניות בחולדות מרמזת, כי התשובה היא חיובית, אך מקשה לחקור את השאלה. ד"ר אולנובסקי חשב, כי ייתכן שבעטלפי פרי מצריים – חיית המודל שהוא חוקר – ההתאמה בין התבניות אינה הדוקה כל כך. במחקר קודם שעשה על תאי מקום בעטלפים הוא גילה תנודות שונות מאוד מאלה הנוצרות בחולדות. עובדה זו הובילה אותו לשער, כי גם בפעילות תאי הסריג יימצאו דפוסים שונים.
 

המבנה המשושה של תאי הסריג

כדי לבדוק את הנושא, החוקרים נדרשו לאתר את קליפת המוח האנטוריינלית בעטלפים, ואת המיקום המדויק של תאי הסריג – תהליך ארוך שבוצע בשיתוף עם פרופ' וויטר בנורווגיה. לאחר מכן החדירו ד"ר אולנובסקי ומיכאל ירצב אלקטרודות זעירות לתוך איזור תאי הסריג, ורשמו את פעילותם בזמן שהעטלפים זחלו על רצפת קופסה. כך הם שיחזרו – במידת האפשר – את תנאי הניסויים בחולדות.
 
הממצאים שלהם הראו, שתאי הסריג של העטלפים ירו במערך משושה בעל תכונות זהות כמעט לזה של החולדות. לעומת זאת, תבנית התנודות בזמן הייתה שונה לחלוטין: במקום גלים רציפים נראו במוחות העטלפים מקטעים קצרים של פעילות חשמלית, וביניהם תקופות ארוכות יותר של שקט – ממצאים שסתרו את המודל שמבוסס על תנודות.
 
ניתוח מתמטי נוסף הראה, שאכן תבניות הסריג נשמרו ללא שינוי, אפילו כאשר זיהו החוקרים את התנודות והסירו אותן מהאנליזה. במילים אחרות, אין התאמה בין תנודות בזמן ובין הופעת צורת הסריג המרחבי המשושה. לכן, התנודות אינן גורמות את התבניות המסודרות הייחודיות של ירי תאי הסריג.
 
ההפרכה של המודל מעניקה תמיכה משמעותית למודל השני, החלופי, הגורס שהתבנית המשושה נוצרת כי תאי הסריג פועלים ביחד כרשת. רשת הפעילות מסודרת במשושים, כי זהו המבנה היחיד שבו כל נקודות הפעילות נמצאות במרחק שווה אחת מהשנייה – דבר שמוביל למבנה החסכוני ביותר מבחינת אנרגיה, וליציבות מיטבית של פעילות הרשת. העיקרון הזה כבר ידוע בטבע, לדוגמה בחלות דבש, שבהן צורת המשושה מעניקה מבנה חזק ותצורה יציבה, במינימום אנרגיה.
 

לשיתוף:

 

 

 

 

אינסטגרם