מחקר חדש המשתמש בהדמיה מתקדמת כדי לעקוב אחר מיליון נוירונים בעכברים מגלה כי למעלה מ-90% מפעילות המוח, שנחשבה בעבר לרעש, מכילה אותות משמעותיים, החושפת את המורכבות המוערכת של מוח היונקים. קרדיט: twoday.co.il.com
מוח היונקים הוא רשת של נוירונים מחוברים בצפיפות, אך אחת התעלומות במדעי המוח היא כיצד כלים הלוכדים מעט יחסית מרכיבים של פעילות מוחית אפשרו למדענים לחזות התנהגות בעכברים. קשה להאמין שחלק גדול מהמורכבות של המוח הוא רעשי רקע לא רלוונטיים.
"תהינו מדוע הייתה מתפתחת תוכנית מיותרת ויקרה מטבולית כזו", אומר Alipasha Vaziri של רוקפלר.
עכשיו, מחקר חדש ב עֲצָבוֹן– המציגה רישום סימולטני חסר תקדים של פעילותם של מיליון נוירונים בעכברים – מציעה תשובה מפתיעה לשאלה הבסיסית הזו: המגבלות הטכנולוגיות הטעו אותנו, ויש הרבה יותר במוח ממה שחשבו פעם.
"הנחות קודמות לגבי הממדיות האמיתית של הדינמיקה המוחית עשויות להיות בגלל היעדר יכולת להקליט ממספר גדול מספיק של נוירונים", אומר וזירי.
באמצעות טכניקה מותאמת אישית שפותחה במעבדת Vaziri, החוקרים גילו שיותר מ-90 אחוז מהממדים שהם צפו בפעילות עצבית (רכיבים בלתי תלויים שאדם צריך על מנת לתאר את הדינמיקה הנוירונית הנצפית המכילה אותות השונים מרעש) היו לא מחובר לתנועות ספונטניות או לכניסות חושיות בעכברים שנחקרו. אלפי ממדים אלה, המכילים יותר ממחצית מהפעילות העצבית המצטברת של העכברים, התפזרו על פני המוח במרחב ובזמן, מבלי ליצור צבירים מובהקים בכל אזור אחד ונע בזמן בין דקות עד פחות משניות.
ברור שהעכבר השתמש במטרה זו של פעילות מתמשכת ומתמשכת למטרה כלשהי. אבל למה? "אנחנו עדיין לא יודעים, אבל זה בהחלט אות נבדל מרעש", אומר וזירי. "זה יכול להציע צוהר למגוון מצבים פנימיים מורכבים או נוירוחישוב."
הבזקים עצביים
המעבדה של וזירי מתמקדת בפיתוח טכנולוגיות אופטיות לקידום מדעי המוח ולאפשר תצפיות בפעילות בו-זמנית של נוירונים רבים הפזורים על פני המוח. בשנת 2021 פיתחה המעבדה מיקרוסקופיה של חרוזי אור, שניפוטון טכניקת הדמיה שאפשרה באופן ייחודי גידול של פי 100 במספר הנוירונים שניתן היה לתעד בו זמנית. כשהם מעמידים את הטכנולוגיה למבחן, החוקרים תיעדו את פעילותם של יותר ממיליון נוירונים על פני כל קליפת המוח של העכבר, בפעם הראשונה, בעוד בעלי חיים נצפו על ידי מצלמות מרובות מזוויות שונות כשהם מעורבים בהתנהגויות ספונטניות וחסרות הנחיות. כמו ריצה על הליכון או טיפוח.
מיקרוסקופיה של חרוזי אור אפשרה עלייה של פי 100 במספר הנוירונים שניתן לתעד בו זמנית. קרדיט: מתיו ספטימוס/אוניברסיטת רוקפלר
לאחר שהדגימה את יעילות הכלי, החלה המעבדה להתעניין בשימוש בו כדי לטפל בשאלות בסיסיות בנוירוביולוגיה. "היה לנו כלי שיכול לאפשר לנו לגלות תגליות שטכנולוגיות אחרות לא יכולות", אומר וזירי. "אז ניסינו לשאול שאלות שרק כלי כזה יכול לענות עליהן. לאמור: כמה מידע נוסף אנו שואבים ככל שאנו ממשיכים להקליט מיותר ויותר נוירונים, ומה המידע הזה מייצג?"
כדי לחקור, החוקרים השתמשו ב-LBM בשילוב עם ניתוח נתונים מתקדם, מודלים חישוביים ועוד למידת מכונה טכניקות לחקור את הפעילות העצבית של עכברים כשהם נעים ומגיבים באופן ספונטני לסביבתם.
ה-90 אחוז החסרים
ידוע כי פעילות עצבית המקושרת לתנועות בעלי חיים מתייעלת לתוך תת-חלל נמוך ממדים, מה שמאפשר לטכניקות קודמות, שיכלו להקליט פחות נוירונים, לזהות את הקשרים הללו. "עם זאת, רק הודות ליכולת של LBM יכולנו לגלות שיותר מ-90 אחוז מהממדים הנותרים הכילו אותות אמינים שהיו שונים מרעש, לא נדרשים להתנהגות ולא מוסברים על ידי גירויים סביבתיים", אומר וזירי.
באופן בלתי צפוי, גם הנוירונים הללו ירו לכל עבר. "מה הם עושים? אנחנו לא יודעים", אומר וזירי. "הם עשויים לעמוד בבסיס רשת רחבת מוח של תנודות עצביות מתואמות, אולי קשורות לאיזושהי דינמיקה של מצב פנימי כמו רעב או מוטיבציה."
האופן שבו זה עשוי לחול על המוח האנושי עדיין רחוק מלהיות מסודר ("המוח האנושי הוא אוקיינוס בהשוואה לבריכה של מוח עכבר", אומר וזירי), אבל הממצאים מרמזים מאוד שאנחנו רק מתחילים להבין את המורכבות האמיתית של מוח היונקים.
סוג חדש של מצפה כוכבים
LBM הוא אחד ממכשירי המפתח שימצאו בית במצפה המוח של רוקפלר, יוזמה חדשה בראשות וזירי להנגיש מכשירים חלוציים, בלתי זמינים מסחרית, למדעני מוח "שיכולים לעשות דברים שהם בלתי אפשריים אחרת", אומר וזירי.
המתקן דומה למצפה אסטרונומי, שבו יוכלו מדענים אורחים לערוך מחקר על מכשירים רבי עוצמה. "הרעיון הוא שאנשים יתמכו על ידי הצוות בזמן שהם עורכים מחקר באמצעות המיקרוסקופים שבמרכז", הוא אומר. "זה משהו שאנחנו רוצים לפתוח לקהילה בתוך רוקפלר, אבל גם למדעני מוח מרחבי העולם".
וזירי והצוות שלו עוזרים גם לחוקרים במספר אוניברסיטאות, כולל באוניברסיטת סטנפורד וב-UCL-לונדון, לשכפל את טכנולוגיית LBM במעבדות מדעי המוח שלהם. הנתונים שהם צברו מהמחקר הנוכחי זמינים גם לניתוח על ידי חוקרים אחרים.
הם גם מקווים להגדיל את טווח היישום של LBM. "לדוגמה, אנחנו רוצים לקבל בברכה קבוצות מחקר שעובדות עם מערכות מודל שונות מעבר לעכברים – חרקים, פרימטים לא אנושיים וכן הלאה – אז אנחנו צריכים לקבל גרסאות של LBM יותר תכליתי, חזקות וידידותיות יותר למשתמש." וזירי אומר.
