סודו של העמק המוקדם

 

כתב העת המדעי "נייצ'ר - מדעי העצב" תיאר באחרונה, בשני מאמרים רחבי היקף, ממצאים מחקריים שיובילו לשיפור ניכר בתחום חקר המוח ורפואת המוח המתבססים על מיפוי תפקודי מוח בתהודה מגנטית. התפתחות זו הושגה הודות למחקריהם של מדענים ממינסוטה, ארה"ב, וממכון ויצמן למדע.

 

חוקרי המוח בכל העולם שואפים למפות במדיוק את מיקומם של צברי תאי העצב במוח בעת שהם "משוחחים" עם חבריהם ומעבדים מידע המגיע מאיברי החישה או בעת שהם עוסקיפ בפעילות קוגניטיבית (חשיבתית), ומשגרים אותות חשמליים ("יורים"). כל צבר של תאים כאלה המכיל כ-25,000 תאים - מכונה "מיקרו מעבד", או "עמודת קליפת המוח". חוקרי המוח בכל העולם סבורים, כי מיפוי מדוייק של "עמודות המוח" הוא תנאי הכרחי ליכולת להתקדם בחקר המוח במטרה להבין כיצד הוא פועל. אי היכולת לבצע מיפוי כזה באופן ישיר הביאה לפיתוח מספר שיטות עקיפות דוגמת PET, דימות אופטי ודימות דינמי של תפקידי מוח בתהודה מגנטית MRI. שלוש השיטות האלה מתבססות כל "הנחת עבודה", שלפיה קיים קשר בין הפעילות החשמלית של המוח לבין שינויים במחזור הדם, לדוגמא מערכת ה-PET מבצעת מיפוי על בסיס קרינה רדיואקטיביות של חומר תרופתי המוחדר לזרם הדם. כך, למעשה, היא ממפה את מיקומם של שינויים החלים בזרימת הדם אל אזורי המוח הפעילים מבחינה חשמלית. ואילו המערכות למיפוי דינמי של תפקידי מוח על בסיס (MRI) עוקבות אחר שינויים בכמות החמצן הקשור להמוגלובין שבדם, הנגרמים כאשר ההמוגלובין מספק חמצן לתאי העצב הפעילים. יתרונה הגדול של שיטת מיפוי זו נובע מהיותה בלתי פולשנית, ולפיכך אפשר להפעיל אותה במשך שנים רבות על אותו מוח, דבר שעשוי לאפשר, למלש מעקב ומיפוי מדויק של התפתחות הזיכרון, תהליכי הזדקנות והחלמה תפקודית משבץ מוחי. אבל מידת הדיוק של שתי המערכות האלה היתה עד כה מוגבלת למדי: הן מסוגלות למפות אזור פעילות ברמת דיוק של 3  מילימטר (MRI) או 5 מילימטר (PET) מכיוון שכך, הן אינן מסוגלות את יחידות העיבוד הבסיסיות של המוח, "המיקרו מעבדים", שגודלם כחצי מילימטר.

 

פרופ' עמירם גרינולד מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע הצליח להתגבר על הקושי הזה באמעות מערכת למיפוי מוח בדימת אופטי, פרי פיתוחו. מערכת זו מזהה את המקום ואת הזמן שבהם תאי העצב "שואפים" חמצן מזרם הדם, ברזולוציה שמאפשרת מיפוי מלא של "מיקרו מעבדים" בודדים במוח. זאת ,באמצעות מעקב אחר שינויים בצבע הדם המספק חמצן למיקרו-מעבדים הפעילים. המצאה זו הניחה את התשתית להמצאת המיפוי הדינמי של תפקודי המוח ב-MRI. המתאימה ביותר לחקר מוח האדם. בתחילה קיוו המדענים שבאמצעות ה-MRI אפשר יהיה לבצע מיפוי ברמת דיוק דומה לזו שמושגת בטכנולוגיית הדימות האופטי. ואכן, בשתי השיטות אפשר היה להבחין ב"פסגת הפעילות" גודלה המופיעה כשש שניות לאחר תחילת הפעילות החשמלית. אבל, למרבה המבוכה מערכות ה-MRI לא הצליחו להבחין ב"עמק" - אות שלילי המופיע מוקדם יותר - הנראה היטב במערכת הדימות האופטי.

 

אלה היו פני הדברים עד לאחרונה. אבל לפני חודשים אחדים פירסמו איבו ונצטה ופרופ' גרינולד ממכון ויצמן למדע מאמר בכתב העת המדעי "סיינס", ובו הראו כיצד אפשר להגדיל במידה ניכרת את כושר ההפרדה של מערכות ה-MRI. עכשיו צוות של מדענים מאוניברסיטת מינסוטה בראשותם של קמיל אוגרביל וקים דשיק, אימצו את המרשם הזה והראו, שלמעשה קיימת התאמה בין מערכת הדימות האופטי של פרופ' גרינולד לבין המערכות לדימות דינמי של המח באמצעות תהודה מגנטית (בתנאי שהמדידה מבוצעת בשדה מגנטי חזק). מעבר לכך מדעני מינסוטה אישרו שדיאגרמת הפעולה של תא עצב, כפי שהיא מתקבלת במערכות ה-MRI כוללת "פסגה גדולה" ו"עמק מוקדם". באופן טבעי למדי, מפעילי ה-MRI ייחסו בעבר ל"פסגה הגדולה" את המיקום המדויק של פעילות צבר תאי העצב (עמודת קליפת המוח).

 

אלא שלפי ממצאי המחקר שהתפרסמו באחרונה בכתב העת המדעי "נייצ'ר - מדעי העצב", ה"פסגה הגדולה" הזאת מתייחסת למיקום השינוי בקצב זרימת הדם הנובי מפעילות תא העצב, ולא למיקום המדויק שבו מתבצעת הפעילות החשמלית עצמה. אותם ממצאים מראים, כי מקומם המדויק של תאי העצב ה"יורים" מתאים דווקא ל"עמק המוקדם". אותו "עמק מוקדם" מופיע בדיוק בזמן שבו מערכת הדימות האופטי מבחינה בפעילותו של תא העצב. השימוש באות קטן זה סיפק לראשונה את מיפוי המיקום המדויק של ה"המיקרו-מעבדים" האחראיים לעיבוד תפישת צורה בקליפת המוח הראייתית. בשני המאמרים שפורסמו מראות שתי קבוצות המחקר, שבאמצעות התמקדות ב"עמק המוקדם" יוכלו מפעילי מערכות ה-MRI לבצע מיפוי בלתי פולשני של מוח האדם ברמת הדיוק הנדרשת לחשיפת צופן פעולתו. מדעני מכון ויצמן חיזקו את הממצאים האלה והראו - בשיטות אופטיות - שהם ישימים גם במוח האדם. במחר זה השתתפו פרופ' עמירם גרינולד ד"ר חמוטל סלובין, ותלמיד המחקר איבו ונצטה. 

 

השיפור ברמת הדיוק של מערכות ה-MRI יקדם במידה רבה את המחקר שנועד להשיג הבנה טובה יותר של מוח האדם. המדענים מצפים שהתפתחות זו תסייע למחקרים שנועדו לחשןף את צפונות עיבוד המידע בקליפת המוח. בנוסף לכך, הוא עשוי גם לשפר את יכולתם של רופאים באיבחון ובטיפול במחלות מוח שונות.