המרת צלילים לפעולות: פירוק הבחירות של פיצול שנייה של המוח

מחקר פורץ דרך מראה כיצד המוח משלב מידע חושי ואותות תנועה, ומשפיע על האופן שבו אנו מגיבים למה שאנו שומעים.

אתה שומע צלצול טלפון או כלב נובח. זה שלך או של מישהו אחר? אתה שומע צעדים בלילה – האם זה הילד שלך, או פולש? חבר או אוייב? ההחלטה שתקבל תקבע איזו פעולה תנקוט בהמשך. חוקרים מקרן Champalimaud שפכו אור על מה שעשוי להתרחש במוחנו ברגעים כאלה, ולקחו אותנו צעד אחד קרוב יותר לפענח את התעלומה של האופן שבו המוח מתרגם תפיסות לפעולות.

הבנת תהליכים מוחיים במהלך קבלת החלטות

בכל יום, אנו מקבלים אינספור החלטות המבוססות על צלילים ללא מחשבה שנייה. אבל מה בדיוק קורה במוח במקרים כאלה? מחקר חדש ממעבדת Renart, שפורסם היום (10 במאי) ב ביולוגיה נוכחית, מעיף מבט מתחת למכסה המנוע. הממצאים שלהם מעמיקים את הבנתנו כיצד מידע חושי ובחירות התנהגותיות שלובים זה בזה בתוך הקורטקס – השכבה החיצונית של המוח שמעצבת את התפיסה המודעת שלנו את העולם.

קליפת המוח מחולקת לאזורים המטפלים בתפקודים שונים: אזורים תחושתיים מעבדים מידע מהסביבה שלנו, בעוד שאזורים מוטוריים מנהלים את הפעולות שלנו. באופן מפתיע, אותות הקשורים לפעולות עתידיות, שאפשר לצפות למצוא רק באזורים מוטוריים, מופיעים גם בחושיים. מה עושים אותות הקשורים לתנועה באזורים המוקדשים לעיבוד חושי? מתי והיכן מופיעים האותות הללו? חקירת השאלות הללו עשויה להבהיר את מקורם ותפקידם של האותות המבלבלים הללו, וכיצד הם – או לא – מניעים החלטות.

שיטות מחקר חדשניות

החוקרים התמודדו עם השאילתות הללו על ידי תכנון משימה עבור עכברים. הפוסט-דוקטורט רפאל סטיינפלד, המחבר הראשי של המחקר, מרים את הסיפור: "כדי לפענח אילו אותות הקשורים לפעולות עתידיות עשויות לעשות באזורים תחושתיים, חשבנו היטב על המשימה שעכברים יצטרכו לבצע. מחקרים קודמים הסתמכו לעתים קרובות על משימות "Go-NoGo", שבהן בעלי חיים מדווחים על בחירתם על ידי ביצוע פעולה או אי תנועה, בהתאם לזהות הגירוי. הגדרה זו, לעומת זאת, מערבבת בין אותות המקושרים לתנועות ספציפיות לאלו הקשורות רק לנוע באופן כללי. כדי לבודד אותות לפעולות ספציפיות, אימנו עכברים להחליט בין אחת משתי פעולות. הם היו צריכים להחליט אם צליל גבוה או נמוך בהשוואה לסף שנקבע ולדווח על החלטתם על ידי ליקוק של אחת משתי פיות, שמאל או ימין".

עם זאת, זה לא הספיק. "עכברים לומדים במהירות את המשימה הזו, לעתים קרובות מגיבים ברגע שהם שומעים את הצליל", ממשיך סטיינפלד. "כדי להפריד בין פעילות מוח הקשורה לצליל לבין זו הקשורה לתגובה, הכנסנו השהייה קריטית של חצי שנייה. במהלך המרווח הזה, העכברים נאלצו לעכב את החלטתם. באופן מכריע, העיכוב הזה אפשר לנו להפריד זמנית בין פעילות מוחית הקשורה לגירוי מזו המקושרת לבחירה, ולעקוב אחר האופן שבו אותות עצביים הקשורים לתנועה התגלו לאורך זמן מהקלט החושי הראשוני".

"כדי לנתח ייצוגים עצביים של גירוי ובחירה, היה חשוב גם לתכנן ניסוי מאתגר מספיק כדי לאפשר לעכברים לעשות טעויות. אחוז הצלחה של 100% יטשטש את ההבחנה בין גירוי לבחירה, שכן כל גירוי תמיד יעורר את אותה תגובה. על ידי יצירת פוטנציאל לשגיאות, נוכל להפריד בין הקידוד העצבי של הצליל לבין ההחלטות שהתקבלו". לדוגמה, במקרים שבהם העכברים שמעו את אותו הטון אך קיבלו החלטות שונות (נכונות או לא נכונות), הם יכלו לבחון אם פעילות הנוירון השתנתה בין שתי הפעולות. אם כן, זה יצביע על כך שהנוירון קידד מידע על הבחירה.

העמקת ההבנה של קשרים עצביים

לאחר שישה חודשים של אימונים קפדניים, החוקרים יכלו סוף סוף להתחיל לתעד פעילות עצבית בעכברים בזמן שהם ביצעו את המשימה. הם התמקדו בקליפת המוח השמיעתית, החלק בקליפת המוח שאחראי לעיבוד מה שאנו שומעים, שכבר הראו שנדרש למשימה. "קליפת המוח של עכברים ובני אדם מורכבת משש שכבות, שלכל אחת מהן פונקציות מיוחדות וקשרים ברורים לאזורי מוח אחרים", מסביר אלפונסו רנארט, חוקר ראשי ומחבר בכיר של המחקר. "בהתחשב בכך ששכבות מסוימות בדרך כלל קולטות מידע חושי מאזורי מוח, בעוד שאחרות שולחות קלט למרכזים מוטוריים, תיעדנו בו-זמנית פעילות על פני שכבות קליפת המוח השמיעתי – לראשונה במשימה כמו שלנו, שבה יכולים אותות תחושתיים ומוטוריים להיות מופרדים בצורה נקייה."

"מצאנו שאותות הקשורים לחושים ולבחירה הציגו דפוסים מרחביים וזמניים ברורים", ממשיך רנארט. "אותות הקשורים לזיהוי קול הופיעו במהירות אך דעכו במהירות, נעלמו בסביבות 400 מילישניות לאחר הצגת הצליל, והופצו באופן רחב על פני כל שכבות הקורטיקליות. לעומת זאת, אותות הקשורים לבחירה, המעידים על התנועה שהעכבר עומד לעשות, הופיעו מאוחר יותר, לפני ביצוע ההחלטה, והתרכזו בשכבות העמוקות של הקורטקס".

עם זאת, למרות ההפרדה הזמנית בין גירוי לפעילות בחירה, ניתוח נוסף גילה קשר מסקרן: נוירונים שהגיבו לתדר צליל ספציפי נטו להיות פעילים יותר גם עבור הפעולות הקשורות לאותם צלילים. כפי שמסביר סטיינפלד, "לדוגמה, נוירון שמגיב לתדרים גבוהים עשוי להפעיל יותר עבור ללקק ימינה בעכבר אחד וליקוק שמאלה בעכבר אחר, בהתאם לאופן שבו כל אחד מהם אומן, מכיוון שהחלפנו את המקרה של פעולת הקול. השונות הזו בין בעלי חיים שונים מראה שהפעילות אינה מחווטת אלא מסתגלת באמצעות ניסיון. הנוירונים האלה לומדים להגביר את הפעילות שלהם לכל פעולה שמתאימה על סמך תדר הקול המועדף עליהם".

אותות מקור ותפקיד הבחירה

אז מה יכול להיות המקור של אותות הבחירה הללו בקליפת המוח השמיעתית? "מעניין", מציין רנרט, "נראה שהאותות החושיים המוקדמים בקליפת השמיעה לא מנבאים את הבחירה הסופית של העכברים, ואותות הבחירה מופיעים מאוחר יותר. זה מצביע על כך שהאותות התחושתיים בקליפת השמיעה אינם גורמים ישירות לפעולות העכברים, ושאותות הבחירה שאנו רואים מחושבים ככל הנראה במקום אחר באזורי מוח גבוהים יותר המעורבים בתכנון או ביצוע תנועות, ולאחר מכן שולחים את המשוב שלהם לקליפת השמיעה. ."

אבל אם אותות התנועה האלה לא מכתיבים פעולות, איזה תפקיד הם יכולים למלא? אולי הם משמשים בעיקר לשילוב והעברת מידע. למשל, האותות הללו יכולים להתאים את תפיסת המוח כדי להתאים להחלטה המתגלגלת, ולשפר את היציבות של מה שאנו תופסים. לחלופין, הם יכולים לקדם את המוח לתוצאות החושיות הצפויות של פעולות, כמו הרעש שנוצר מתנועה, כדי להבטיח שהחוויות החושיות שלנו תואמות את התנועות שלנו.

מחקר עתידי והשלכות

עם זאת, השערות אלו נותרו לאימות. "אפשר לתהות, אם האותות התחושתיים של קליפת השמיעה אינם מודיעים ישירות לבחירות, ואותות הבחירה שאנו רואים שם אינם מופקים בפועל על ידי זה, אז מה בדיוק המטרה של קליפת השמיעה?" רנארט מוזז. "יכולנו לשער שקליפת השמיעה עוסקת יותר בבניית חוויה מודעת של צליל מאשר בטרנספורמציה חושית-מוטורית, אבל זה סיפור ליום אחר."

ובכל זאת, לא ניתן לשלול תפקיד סיבתי, במיוחד מכיוון שהשכבות העמוקות יותר של קליפת השמיעה מעבירות מידע לסטריאטום האחורי, חלק ממרכז הבקרה של המוח על הרגלים ותנועות. מחקרים עתידיים ישאפו לאתר את המקורות המדויקים של אותות תנועה אלה והאם הם אכן סיבתיים להתנהגות. לעת עתה, אנו יכולים להוסיף עוד חלק לפאזל של האופן שבו מוחות ממירים תפיסה לפעולה, והמנגנונים הפנימיים הפועלים בפעם הבאה שתשמעו צעדים בלילה.