מחקר עדכני מגלה כי תנועות הגוף, במיוחד טריפה בעכברים, מווסתות את העיבוד החושי במוח בצורה שונה ממה שחשבו בעבר, ומאתגרות את התפקיד המבוסס של קליפת המוח המוטורית. גילוי זה, המדגיש את ההשפעה המשמעותית של תשומות חושיות ותלמוס משניות, עשוי לחולל מהפכה בפיתוח טכנולוגיות המחקות אינטגרציה חושית-מוטורית אנושית.
מדענים חשפו הבנה חדשה של ההשפעה של תנועות פיזיות על חוויות חושיות, תוך שאלה של השקפות מסורתיות בתחום מדעי המוח.
המוח נחשב באופן נרחב לאיבר המורכב ביותר בגוף האדם. המנגנונים המורכבים שבאמצעותם הוא מעבד מידע חושי וכיצד מידע זה משפיע ומושפע מהשליטה המוטורית כבשו את מדעני המוח כבר יותר ממאה שנה. כיום, הודות לכלים וטכניקות מעבדה מתקדמות, חוקרים יכולים להשתמש במודלים של בעלי חיים כדי לפתור את החידה הזו, במיוחד במוח העכבר.
במהלך ה-20ה' המאה, ניסויים עם עכברים מורדמים הוכיחו שתשומות חושיות מגדירות בעיקר פעילות נוירונית בקליפת המוח הראשונית – אזורי המוח המעבדים מידע חושי, כולל מגע, ראייה ואודישן. עם זאת, במהלך העשורים האחרונים, מחקרים שכללו עכברים ערים גילו כי התנהגות ספונטנית, כגון תנועת חקר ותנועה של השפם הנקראת הקצפה, למעשה מווסתת את פעילות התגובות החושיות בקליפת המוח הראשונית. במילים אחרות, תחושות ברמת העצבים נראות מאופנות באופן מהותי על ידי תנועות הגוף, למרות שהמעגלים הנוירונים המתאימים והמנגנונים הבסיסיים אינם מובנים במלואם.
מחקר פורץ דרך בנושא עיבוד חושי
כדי להתמודד עם פער הידע הזה, צוות מחקר מיפן חקר את קליפת החבית הסומטוסנסורית העיקרית (S1) – אזור במוח העכבר המטפל בקלט מישוש מהשפם. המחקר האחרון שלהם, שפורסם ב כתב העת למדעי המוח ב-1 בדצמבר 2023, נערך על ידי פרופסור טקאיוקי יאמשיטה מאוניברסיטת פוג'יטה לבריאות (FHU) וד"ר Masahiro Kawatani, המזוהה עם FHU ו- אוניברסיטת נגויהיחד עם הצוות שלהם.
אזור S1 מקבל קלט דרך האקסונים מכמה אזורים אחרים, כולל הקורטקס הסומטוסנסורי המשני (S2), הקורטקס המוטורי הראשוני (M1) והתלמוס הסנסורי (TLM). כדי לחקור כיצד אזורים אלה מווסתים את הפעילות ב-S1, החוקרים פנו לאופטוגנטיקה (טכניקה לשליטה בפעילויות של אוכלוסיות עצביות ספציפיות על ידי אור) הכוללת eOPN3, שהוא חלבון רגיש לאור שהתגלה לאחרונה המאפשר עיכוב יעיל של מסלולים עצביים ספציפיים בתגובה ל אוֹר. באמצעות וירוסים כווקטור, הם הכניסו את הגן המקודד לחלבון זה לאזורי M1, S2 ו-TLM בעכברים. לאחר מכן, הם מדדו פעילות עצבית ב-S1 בעכברים ערים שביצעו הקצפה ספונטנית. במהלך תהליך זה, הם עכבו באופן סלקטיבי כניסות אות שונות שהועברו ל-S1 תוך שימוש באור כמתג הפעלה/כיבוי וצפו בהשפעה ב-S1.
ממצאים והשלכות על אינטגרציה סנסומוטורית
מעניין שרק כניסות האות מ-S2 ו-TLM ל-S1, לא מ-M1 ל-S1, מווסתות את הפעילות הנוירונית ב-S1 במהלך הקצפה ספונטנית. באופן ספציפי, נראה שהמסלול מ-S2 ל-S1 מעביר מידע על מצב התנועה של השפם. בנוסף, נראה היה שמסלול TLM-to-S1 מעביר מידע הקשור לשלב ההקצפה הספונטנית, העוקב אחר דפוס חוזר וקצבי. תוצאות אלו מאתגרות את ההשקפה המבוססת לפיה פעילות עצבית בקליפת המוח התחושתית מווסתת בעיקר על ידי קליפת המוח המוטורית במהלך התנועה, כפי שמציין פרופ' ימשיטה: "הממצאים שלנו מעוררים בחינה מחודשת של תפקידן של הקרנות מוטוריות-חושיות באינטגרציה סנסו-מוטורית ומביאים לידי ביטוי חדש. פונקציה עבור הקרנות S2-to-S1."
הבנה טובה יותר של האופן שבו אזורי מוח שונים מווסתים פעילויות זה בזה בתגובה לתנועה עשויה להוביל להתקדמות במגוון תחומים יישומיים. לתובנות המחקריות הללו יש השלכות מרחיקות לכת, שעלולות לחולל מהפכה בתחומים כמו בינה מלאכותית (AI), תותבות וממשקי מוח-מחשב. "הבנת המנגנונים העצביים הללו יכולה לשפר מאוד את הפיתוח של מערכות בינה מלאכותית המחקות אינטגרציה חושית-מוטורית אנושית ומסייעות ביצירת תותבות וממשקים אינטואיטיביים יותר עבור בעלי מוגבלויות", מוסיף פרופ' ימשיטה.
לסיכום, מחקר זה שופך אור על פעולתו המורכבת של המוח. הוא גם סולל את הדרך לחקר הקשר בין תנועת הגוף לתפיסה חושית. בעודנו ממשיכים לחקור חידות הקשורות למוח, מחקרים כמו זה מציעים רמזים חיוניים במסע שלנו להבין את האיבר המורכב ביותר בגוף האדם.
המחקר מומן על ידי סוכנות המדע והטכנולוגיה של יפן, החברה היפנית לקידום המדע, קרן נאיטו, קרן טקדה למדע, קרן המחקר לאלקטרוטכנולוגיה של צ'ובו, אוניברסיטת פוג'יטה בריאות ומשרד החינוך, התרבות , ספורט, מדע וטכנולוגיה.
