לעוף על הגל החדש

"תוכלו להזמין מכונית בכל צבע שתרצו, ובלבד שיהיה זה שחור", אמר התעשיין הנרי פורד על פורד T - דגם הרכב הראשון בהיסטוריה ששווק להמונים. אם היינו חיים בעולם שבו מכוניות הן תמיד שחורות, היינו עלולים לחשוב שהצבע השחור מהותי לתפקודן, ממש כמו המנוע. מאז שהתגלו בשנות ה-20 של המאה הקודמת, גלי מוח מחזוריים נחשבים מהותיים לקידוד עצבי במוח - ובפרט לקידוד של המרחב הפיסי באזור במוח שנקרא היפוקמפוס. הייתכן שבדומה לצבע המכונית, גלים אלה הם תכונה משנית בלבד?

עטלף(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

במחקר חדש, שהתפרסם בסוף השבוע בכתב-העת המדעי Cell, הראו מדעני מכון ויצמן למדע כי עטלפים מקודדים את המרחב הפיסי ללא גלי מוח מחזוריים. המדענים מעריכים כי קידוד דומה מתקיים גם בבני אדם ובקופים. אומר פרופ' נחום אולנובסקי מהמחלקה לנויורוביולוגיה: "קידוד עצבי מסוג זה הוא תפיסה חדשה במדעי המוח. זו פעם ראשונה, למיטב ידיעתנו, שמנגנון כזה מודגם במין כלשהו ובאזור כלשהו במוח".

דפוסים מחזוריים של פעילות חשמלית במוח התגלו לפני כ-100 שנה, עם המצאת מכשיר האלקטרואנצפלוגרף (אא"ג). גלים אלה עומדים במוקד העניין של חוקרים כבר עשורים ארוכים, ומיוחסת להם חשיבות רבה בתפקוד המוח וביכולת של תאי עצב ואזורים שונים במוח לסנכרן את פעילותם. עניין מחקרי מיוחד הוקדש לגלי תטא - גלים בתדר של 6-10 הרץ שנמדדו בהיפוקמפוס של חיות מודל כמו עכבר או חולדה - ולאורך השנים נקשרו לתיאוריות רבות של זיכרון וניווט.

מימין: ד״ר ליאורה לס, תמיר אליאב, פרופ׳ נחום אולנובסקי, ד״ר אלון רובין וד״ר מאיה גבע שגיב(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

במחקר קודם, הראו חוקרים במעבדת העטלפים של פרופ' אולנובסקי שגלי תטא אינם מופיעים ביונקים מעופפים אלה. הקהילה המדעית התקשתה בחלקה לקבל את הממצאים. "כשאמרנו שאין גלי תטא בעטלפים זה עורר סערה. היו לי ויכוחים עם מדענים בכירים מאוד שהתקשו לעכל את הממצאים", מספר פרופ' אולנובסקי. במחקר הנוכחי, שהוביל תלמיד המחקר תמיר אליאב, ביססו החוקרים תחילה את היעדרם של גלי תטא בעטלפים. הם הקליטו את הפעילות החשמלית בסוגי תאים נוספים בהיפוקמפוס, והסתכלו על טווח רחב בהרבה של תדרים, ועדיין העטלפים היו בשלהם: לא נמצא דפוס מחזורי של פעילות חשמלית.

אם גלי תטא מהותיים לניווט, כיצד מתקיימים תפקודי ניווט וזיכרון מרחבי בעטלפים, אשר ידועים כנווטים מצטיינים? אליאב וחוקרים נוספים בקבוצתו של פרופ' אולנובסקי הראו כי על אף היעדרם של גלים אלה, מנגנון הקידוד המרחבי מתקיים בעטלפים היטב בלעדיהם. מלבד גלי תטא, מנגנון הקידוד המוכר מעכברים ומחולדות מורכב משתי תכונות נוספות - "נעילת פאזה" (phase locking) ו"קידוד פאזה" (phase coding).

הפעילות החשמלית בחולדות לעומת עטלפים. "בבני אדם ובקופים, הפעילות שנמדדה קרובה הרבה יותר לעטלפים מאשר לחולדות"(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

ד"ר ארסניי פינקלשטיין(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

נעילת פאזה מתארת מצב שבו תאי העצב בהיפוקמפוס מסונכרנים עם הגלים המחזוריים, כך שהנוירונים יורים סמוך לנקודה מסוימת במחזור של גל התטא. קידוד פאזה מתרחש כשתא עצב המייצג מיקום מסוים במרחב, יורה בקצב הולך וגובר כשהחיה מתקרבת למיקום זה - והתזמון של הירי עם גל התטא מתרחש בנקודה מוקדמת יותר ויותר. המדענים גילו כי בעטלפים מתקיים מנגנון דומה: הפעילות של כמעט מחצית מתאי העצב בהיפוקמפוס שלהם הייתה "נעולה" באופן משמעותי לתנודות החשמליות הלא-מחזוריות במוחם. כמו כן כשהעטלפים התקרבו למיקום מסוים, תאי העצב שייצגו מיקום זה ירו בתזמון מוקדם יותר ביחס לתנודות הלא-מחזוריות. במלים אחרות, עיקרון התיאום בין תאי העצב נשמר, כמו גם הקידוד העצבי של מרחב וזמן. "בבני אדם ובקופים, הפעילות החשמלית שנמדדה קרובה הרבה יותר לעטלפים מאשר לחולדות. לפיכך אנחנו משערים שמנגנון זה מאפיין גם את מוחותיהם של פרימאטים", אומר אליאב.

"מעבר לממצאים הספציפיים, המחקר הוא גם דוגמה לכוחה של גישה מחקרית השוואתית", אומר פרופ' אולנובסקי. "בשנות ה-70 וה-80 היו מחקרים במגוון חיות, ומסיבות שונות, חלקן טובות מאוד, המחקר עבר להתמקד בחיות מודל ספורות. היות שעכברים וחולדות הם חיות מודל כה דומיננטיות, ויותר מ-90% מהמחקר מתמקד בהם – אנשים טועים לפעמים לחשוב שמה שמוצאים בחיות האלה נכון לכל היונקים. גלי תטא, נעילת פאזה וקידוד פאזה נחשבים לעסקת חבילה. אנחנו הראינו במחקר הנוכחי שבעטלפים אין גלי תטא, אבל שתי התכונות האחרות – נעילת פאזה וקידוד פאזה – מוסיפות להתקיים. במלים אחרות, ההשוואה לעטלפים אפשרה לראות אילו תכונות שמורות אבולוציונית, ואילו משניות בלבד".

במחקר השתתפו גם ד"ר מאיה גבע-שגיב, ד"ר מיכאל ירצב, ד"ר ארסניי פינקלשטיין, ד"ר אלון רובין וד"ר ליאורה לס מקבוצתו של פרופ' אולנובסקי.