כל פעילות בקליפת המוח בנויה על רשתות של תאי עצב מחוברים זה לזה, אשר מייצרים פעילות חשמלית ספונטנית שלא בהכרח תלויה בקלט מהעולם החיצון. רוב התאים ברשת (כ-80%) מעוררים אותה לפעולה וחלקם הקטן (כ-20%) מדכאים את פעילותה. ידוע כי האיזון בין הפעלה ודיכוי הוא קריטי לתפקוד תקין של המוח: התקפי אפילפסיה, למשל, מתרחשים כשהאיזון הזה מופר; אבל עד כה לא הייתה אפשרות לשלוט במסגרת ניסוי מבוקר ביחס בין התאים המפעילים והמדכאים. במחקר חדש שהתפרסם בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה האמריקנית למדעים" (PNAS) חשפו לראשונה מדעני מכון ויצמן למדע, בשיתוף חוקרים מאוניברסיטת טיבינגן שבגרמניה, כיצד נשמר האיזון העדין בין דיכוי להפעלה באמצעות ויסות הקשרים בין תאי העצב במוח.
3 צפייה בגלריה
תאי עצב של עכבר תחת מיקרוסקופ. תא עצב מעכב (מימין) ותא עצב מעורר (שמאל)
(צילום: מכון ויצמן למדע)
במחקר שיתפו פעולה מדענים משלושה תחומי מחקר – הפיזיקאי הניסיונאי פרופ' אלישע מוזס מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, ושני תלמידיו, נירית סוקניק ואיל וינרב; מדען המוח פרופ' מנחם סגל מהמחלקה לנוירוביולוגיה, והפיזיקאית התיאורטית פרופ' אנה לוינה מאוניברסיטת טיבינגן ותלמיד המחקר שלה אולג וינוגרדוב.
עוד כתבות במסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע:
"לסלול למדעניות העתיד דרך יותר מאפשרת"
נול האריגה של האבולוציה
סחוס מעורר השראה
סוקניק לקחה תאי עצב ממוח של עכבר והפרידה בין אלה המעוררים לאלה המדכאים, ואז גידלה אותם מחדש בתוך רשתות עם יחס מדויק של מספר תאים מדכאים למעוררים. בדומה לתאי העצב במוח שלנו, תאי עצב בתרבית רקמה מתקשרים ביניהם גם בהיעדר גירויים חיצוניים. תקשורת זו מתרחשת בצורת התפרצויות רשת של תאי עצב רבים.כדי לבחון כיצד משפיע היחס בין מספר התאים מכל סוג על קצב ההתפרצויות, הגדילו המדענים בהדרגה את חלקם היחסי של תאי העצב המדכאים מ-0 ועד 100%. כאשר השוו את הנתונים שהתקבלו בניסוי למודל מתמטי שיצרו, נכונה להם הפתעה: "כל עוד שיעור תאי העצב המדכאים היה בין 10% ל-90% – קצב פעילות הרשת לא השתנה. רק כשחלקם ירד מתחת ל-10% או עלה על 90%, נרשם שינוי בפעילות הרשת", משחזר פרופ' מוזס.
3 צפייה בגלריה
מימין: איל וינרב, פרופ' אלישע מוזס, פרופ' מנחם סגל ונירית סוקניק
(צילום: מכון ויצמן למדע)
בניסויי המשך בתאים בודדים, גילה פרופ' סגל שתאי העצב פיצו על השינויים בהרכב התאים באמצעות צמצום או הגדלה של מספר הקשרים ביניהם: כאשר חלקם של הנוירונים המעכבים עלה, התאים צמצמו את מספר הקשרים בין תא לתא, כך שהאיזון בין אותות ההפעלה והכיבוי נשאר קבוע.
ידוע כי הקשרים בין תאי העצב במוחנו משתנים ללא הרף. לפיכך משערים המדענים שמנגנון זה הוא השומר על איזון בין הפעלה וכיבוי ומאפשר למוח לתפקד כנדרש גם אם חלק מתאי העצב המעוררים או המעכבים נפגעו או שעוצמת פעולתם השתנתה.
3 צפייה בגלריה
רשתות עצביות שגודלו במעבדה, ובהן יחסים שונים בין תאי העצב המעכבים לתאי העצב המעוררים (שיעור התאים המעכבים ברשת, מימין לשמאל: 100%, 50% ו-0). תאי העצב המעכבים תוכנתו לייצר אות פלואורסצנטי אדום שבאמצעותו הבדילו החוקרים בין שני סוגי הנוירונים
(צילום: מכון ויצמן למדע)
פרופ' סגל מציין כי האיזון בין הפעלה לכיבוי במוח האדם משתנה לא רק במצבי מחלה, כגון אפילפסיה או פרקינסון, אלא גם בעקבות אירועים שגרתיים, כגון הרדמה רפואית, לחץ נפשי או צריכה מרובה של אלכוהול או קפה. "שמירה על איזון חיונית לתפקוד תקין של המוח, כך שאך הגיוני הוא שיעמוד לרשותו מנגנון הסתגלות עוצמתי השומר על היחסים הנכונים בין הפעלה לדיכוי".
