כשתאי העצב מחליפים הילוך: כיצד מתמודד המוח עם שינויים פתאומיים

החיים מפתיעים. הליכה שגרתית למכולת עלולה להתחלף באחת בהתחמקות ממפגש חזיתי עם קורקינט חשמלי או, להבדיל, בחציית הכביש כדי לברך לשלום חבר שנקרה בדרך. כיצד המוח יודע להתמודד עם שינויי התנהגות כה דינמיים ומהירים? מסתבר שהתשובות לשאלה זו חורגות מהתפיסה הקלאסית של המוח ופעולתו – כך עולה ממחקר חדש בעטלפים של מדעני מכון ויצמן למדע המתפרסם היום בכתב-העת המדעי Nature.

"אילוצים שונים מובילים לכך שמחקרי מוח מתמקדים לרוב בסוג התנהגות אחד בכל פעם. מסיבה זו אנחנו יודעים מעט מאוד על התמודדות המוח עם הדינמיות של העולם האמיתי", אומר פרופ' נחום אולנובסקי מהמחלקה למדעי המוח במכון, שעמד בראש צוות המחקר. קבוצתו תכננה ניסוי שנועד לשקף את המורכבות הדינמית של המציאות: הם נתנו לצמדי עטלפים לעוף במהירות אחד לעבר השני; ברגע מסוים, בכדי להימנע מהתנגשות, היה על העטלפים לשנות התנהגות במהירות ולסטות ממסלולם. הניסוי התאפשר הודות למערך ייחודי: "מנהרת עטלפים" באורך 135 מטר שהוקמה בקמפוס המכון ברחובות – והתקנים אלחוטיים זעירים, שניטרו את הפעילות המוחית בעטלפים, ברמת הנוירון הבודד, בעודם עפים במהירות של 7 מטרים לשנייה. הניסוי נערך בהובלת ד"ר איילת שראל, שקד פלגי ודן בלום, בשיתוף עם החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר יהונתן אלחדף, ובהנחיית פרופ' אולנובסקי ומדענית הסגל ד"ר ליאורה לס.

עטלפים כידוע הם נווטים מצטיינים והם מתמצאים במרחב בעזרת סונאר ביולוגי – הם שולחים גלי קול ומקשיבים להד החוזר אליהם. כאשר העטלפים הבחינו לראשונה בעטלף השועט לעברם, הם הגבירו את תדירות ההפקה של אותות הסונאר – עובדה המצביעה על שינוי התנהגות והגברת תשומת הלב לסביבה. בד בבד עם הגברת אותות הסונאר, התרחש גם שינוי מהיר במעגלים העצביים בהיפוקמפוס של העטלפים. המדענים תיעדו שינויים אלה באמצעות ניטור פעולתם של תאי המיקום (place cells) באזור מוח זה האחראי, בין היתר, על יכולות הניווט וההתמצאות במרחב – בעטלפים כמו גם בבני-אדם.

""מרבית המודלים של המוח, מניחים כי כל תא עצב מבצע תפקיד יציב וקבוע, בעוד שאנחנו הראינו כי כאשר הצרכים משתנים, תאי העצב משנים במהירות את תפקידם"

כאשר העטלפים עפו לבדם במנהרה, ללא חשש התנגשות, תאי המיקום שלהם קידדו כמצופה את מיקומם במרחב, אך ברגע שהם קלטו כי מתקרב אליהם במהירות עטלף אחר, יותר ממחצית מהתאים בהיפוקמפוס – כ-55% – החליפו הילוך: דפוס הפעילות שלהם השתנה בחדות, והחוקרים הראו שהתאים כבר לא מקודדים רק את המיקום של העטלף עצמו, אלא גם את המרחק שלו ביחס לעטלף הנגדי. ככל שתשומת הלב של העטלף הייתה גבוהה יותר, כפי שהשתקף מקצב אותות הסונאר, כך השינוי בדפוס הפעולה של תאי העצב היה גדול יותר. להפתעת המדענים, השינוי – שפעל כמעין "מתג עצבי"  – התרחש במהירות עצומה: תוך כ-100 אלפיות השנייה. "מידת ההיכרות בין העטלפים לא השפיעה על הקידוד העצבי, כלומר השינוי בקידוד נועד למנוע התנגשות ולא היה קשור להתנהגות חברתית", מציין פרופ' אולנובסקי.

ב-100 השנים האחרונות, התפיסה הרווחת הייתה שכל אזור במוח מבצע פעילות ייעודית, והתנהגויות שונות מקודדות באזורי מוח נבדלים. לפי תפיסה קלאסית זו, ניתן היה לצפות כי במהלך שינוי התנהגות, למשל, במעבר מניווט שגרתי למניעת התנגשות, אזורים שונים במוח "יידלקו" בזה אחר זה. אך המחקר החדש חושף תמונת מצב אחרת לגמרי: שינוי מהיר להפליא בקידוד העצבי לא רק באותו אזור במוח, אלא באותם תאי עצב ממש.

"מהמחקר עולה כי יש מקום לבחון מחדש חלק מההשערות הבסיסיות שלנו על פעולת המוח", אומר פרופ' אולנובסקי. "כמובן שהרעיון של חלוקת תפקידים בין אזורי מוח שונים עדיין תקף: פגיעה בקליפת המוח הראייתית תוביל לפגיעה בראייה ולא לאיבוד שמיעה או לתתרנות. ועדיין, מרבית המודלים של המוח, מניחים כי כל תא עצב מבצע תפקיד יציב וקבוע, בעוד שאנחנו הראינו כעת כי כאשר הצרכים משתנים, תאי העצב משנים במהירות את תפקידם".

ידוע כיום כי התפקוד של חלקים מסוימים במוח הינו קשיח פחות מכפי שחשבו בעבר, אך תכונה זו, המכונה פלסטיות, מתרחשת בטווחי זמן ארוכים יותר ומשקפת שינויים ביוכימיים בקשרים בין תאי העצב. לעומת זאת, המיתוג העצבי שהתגלה במחקר החדש הינו מיידי, בתוך שבריר השנייה, והוא משקף ככל הנראה התארגנות מחדש מהירה בפעילותן של רשתות עצביות.

מחקרים עתידיים יוכלו לבדוק האם הממצאים שהתגלו במחקר ייחודיים להיפוקמפוס או שהם מאפיינים גם אזורי מוח אחרים וסוגים נוספים של מצבים והתנהגויות. הממצאים מעלים גם שאלה פילוסופית מרתקת: כיצד אנחנו חווים את העולם בצורה אחודה ורציפה ולא באופן מקוטע או שבור. אומר פרופ' אולנובסקי: "אחרי שהראינו שתאי העצב יכולים להחליף את תפקידם בתוך עשירית השנייה, מעניין יהיה לגלות כיצד מאפשר לנו המוח תפיסה רציפה ויציבה של המציאות".

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדוברת - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il