חיווט מחדש של המוח: איך תרגול באמת עושה מושלם

חוקרים המשתמשים בטכנולוגיית הדמיה חדשה גילו שתרגול חוזר מייצב ומגבש מעגלי זיכרון עבודה בעכברים, מה שמשפר משמעותית את השליטה והאוטומטיות במשימה.

"תרגול עושה מושלם" הוא לא סתם קלישאה, לפי מחקר חדש של חוקרים מאוניברסיטת רוקפלר UCLA. במקום זאת, זה המתכון לשליטה במשימה, מכיוון שחזרה על פעילות שוב ושוב מגבשת מסלולים עצביים במוח שלך.

כפי שהם מתארים ב טֶבַע, המדענים השתמשו בטכנולוגיה חדשנית שפותחה על ידי Alipasha Vaziri של רוקפלר כדי לצפות בו-זמנית ב-73,000 נוירונים בקליפת המוח בעכברים בזמן שהחיות למדו וחזרו על משימה נתונה במשך שבועיים. המחקר גילה כי ייצוגי זיכרון הופכים מבלתי יציבים למוצקים במעגלי זיכרון עבודה, ומעניקים תובנות מדוע הביצועים הופכים מדויקים ואוטומטיים יותר בעקבות תרגול חוזר ונשנה.

"בעבודה זו, אנו מראים כיצד זיכרון העבודה – היכולת של המוח להחזיק ולעבד מידע – משתפר באמצעות תרגול", אומר וזירי, ראש המעבדה לנוירולוגיה וביופיזיקה של רוקפלר. "אנו מצפים שהתובנות הללו לא רק יקדמו את ההבנה שלנו לגבי למידה וזיכרון, אלא גם יהיו להן השלכות על טיפול בהפרעות הקשורות לזיכרון."

לדמיין אתגרים

זיכרון עבודה חיוני למגוון תפקודים קוגניטיביים, ובכל זאת המנגנונים העומדים בבסיס יצירת הזיכרון, השמירה והזכירה – המאפשרים לנו לבצע משימה שעשינו בעבר מבלי שנצטרך ללמוד אותה מחדש – נותרים לא ברורים לאורך טווחי זמן ארוכים.

עבור המחקר הנוכחי, החוקרים רצו לבחון את היציבות של ייצוגי זיכרון עבודה לאורך זמן, ואיזה תפקיד מילאו ייצוגים אלה ביכולת לבצע את המשימה במיומנות לפי רמז. לשם כך, הם ביקשו לתעד אוכלוסיות נוירונים שוב ושוב בעכברים במשך תקופה ארוכה יחסית בזמן שהחיות למדו והפכו למומחים במשימה נתונה.

אבל הם עמדו בפני אתגר מרתיע: מגבלות טכניות פגעו ביכולת לדמיין את הפעילות של אוכלוסיה גדולה של נוירונים על פני המוח בזמן אמת, על פני תקופות ארוכות יותר ובכל עומק רקמה בקליפת המוח.

חוקרי UCLA פנו ל-Vaziri, שפיתח טכניקות הדמיית מוח שהן בין הכלים היחידים המסוגלים ללכוד את רוב קליפת העכבר בזמן אמת ברזולוציה ובמהירות גבוהה.

וזירי הציע להם להשתמש במיקרוסקופיה של חרוזי אור (LBM), טכנולוגיית הדמיה נפחית במהירות גבוהה שפיתח המאפשרת רישום תאי ברזולוציה in vivo של פעילות של אוכלוסיות נוירונים של עד מיליון נוירונים – עלייה של פי 100 במספר הנוירונים שניתן להקליט בו זמנית.

טרנספורמציות עצביות

במחקר הנוכחי, החוקרים השתמשו ב-LBM כדי לדמיין את הפעילות התאית של 73,000 נוירונים בעכברים בו-זמנית לאורך עומקים שונים של קליפת המוח ועקבו אחר הפעילות של אותם נוירונים במשך שבועיים כאשר החיות זיהו, נזכרו וחזרו על רצף של ריחות .

הם גילו שמעגלי זיכרון העבודה השתנו כאשר העכברים שלטו ברצפים המתאימים. בתחילה, המעגלים היו לא יציבים, אך כשהעכברים תרגלו את המשימה שוב ושוב, המעגלים החלו להתייצב ולהתמצק.

"זה מה שאנחנו מכנים 'התגבשות'", אומר וזירי. "הממצאים בעצם ממחישים שאימון חוזר לא רק משפר את מיומנות המיומנות אלא גם מוביל לשינויים עמוקים במעגלי הזיכרון של המוח, מה שהופך את הביצועים למדוייקים ואוטומטיים יותר."

"אם מדמיינים שכל נוירון במוח משמיע צליל אחר, המנגינה שהמוח מייצר כשהוא מבצע את המשימה השתנתה מיום ליום, אבל אז הפכה ליותר ויותר מעודנת ודומה ככל שבעלי חיים המשיכו לתרגל את משימה", מוסיף הסופר המקביל והנוירולוג של UCLA Health, פיימן גולשני.

באופן מכריע, חלק מההיבטים של תגליות אלה התאפשרו באופן ייחודי על ידי יכולות הדמיה בקנה מידה גדול ועמוק של רקמות של LBM. בתחילה, החוקרים השתמשו בתקן שני-פוטון הדמיה של אוכלוסיות עצביות קטנות יותר בשכבות קליפת המוח העליונות, אך הן לא הצליחו למצוא עדויות לייצוב הזיכרון. אבל ברגע שהם השתמשו ב-LBM כדי להקליט מלמעלה מ-70,000 נוירונים באזורים עמוקים יותר בקליפת המוח, הם הצליחו לצפות בהתגבשות של ייצוגי זיכרון עבודה שליוותה את השליטה ההולכת וגוברת של העכברים במשימה.

"בעתיד, אנו עשויים להתמודד עם התפקיד של סוגי תאי עצב שונים המעורבים בתיווך המנגנון הזה, ובמיוחד את האינטראקציה של סוגים שונים של אינטרנוירונים עם תאים מעוררים", אומר וזירי. "אנחנו גם מעוניינים להבין איך למידה מיושמת ויכולה להיות מועברת להקשר חדש – כלומר, איך המוח יכול להכליל ממשימה נלמדת לכמה בעיות לא ידועות חדשות."