חשיבה מחודשת על אינטליגנציה עצבית: מדענים חושפים יכולות זיכרון מפתיעות של חוט השדרה

איה טאקוקה והצוות שלה במרכז RIKEN למדעי המוח ביפן זיהו את המסלולים העצביים בחוט השדרה המקלים על למידה מוטורית ללא תלות במוח. המחקר שלהם, פורסם בכתב העת מַדָע ב-11 באפריל, מצאו שתי קבוצות קריטיות של נוירונים של חוט השדרה, אחת הכרחית ללמידה אדפטיבית חדשה, ואחרת להיזכר בהסתגלות לאחר שנלמדו. הממצאים יכולים לעזור למדענים לפתח דרכים לסייע להתאוששות מוטורית לאחר פגיעה בחוט השדרה.

מדענים יודעים מזה זמן מה שניתן להתאים את התפוקה המוטורית מחוט השדרה באמצעות תרגול גם ללא מוח. זה הוכח בצורה דרמטית ביותר בחרקים חסרי ראש, שעדיין ניתן לאמן את רגליהם כדי להימנע מרמזים חיצוניים. עד עכשיו אף אחד לא הבין איך זה אפשרי בדיוק, וללא ההבנה הזו, התופעה היא לא הרבה יותר מעובדה מוזרה. כפי שמסביר Takeoka, "השגת תובנות לגבי המנגנון הבסיסי חיונית אם אנחנו רוצים להבין את היסודות של אוטומטיות תנועה אצל אנשים בריאים ולהשתמש בידע הזה כדי לשפר את ההתאוששות לאחר פגיעה בחוט השדרה."

במחקר זה, חוטי השדרה שקישרו בין תנוחת הגפה לחוויה לא נעימה למדו למקם מחדש את האיבר לאחר 10 דקות בלבד, ושמרו על זיכרון למחרת. חוטי השדרה שקיבלו אי נעימות אקראית לא למדו. קרדיט: RIKEN

לפני שקפצו למעגלים העצביים, החוקרים פיתחו תחילה מערך ניסוי שאיפשר להם לחקור את הסתגלות חוט השדרה של העכבר, גם למידה וגם היזכרות, ללא קלט מהמוח. בכל בדיקה היו עכבר ניסיוני ועכבר בקרה שרגליו האחוריות השתלשלו בחופשיות. אם רגלו האחורית של העכבר הניסיוני צנחה מטה יותר מדי, היא קיבלה גירוי חשמלי, מחקה משהו שעכבר היה רוצה להימנע ממנו. עכבר הבקרה קיבל את אותו הגירוי באותו זמן, אך לא היה קשור לתנוחת הרגל האחורית שלו.

תצפיות על למידה מיידית ושימור זיכרון

לאחר 10 דקות בלבד, הם צפו בלמידה מוטורית רק בעכברי הניסוי; רגליהם נשארו גבוהות, נמנעו מכל גירוי חשמלי. תוצאה זו הראתה כי חוט השדרה יכול לקשר תחושה לא נעימה לתנוחת הרגל ולהתאים את התפוקה המוטורית שלו כך שהרגל תמנע מהתחושה הלא נעימה, כל זאת ללא כל צורך במוח. 24 שעות לאחר מכן, הם חזרו על הבדיקה של 10 דקות אך הפכו את עכברי הניסוי והביקורת. עכברי הניסוי המקוריים עדיין שמרו על רגליהם למעלה, מה שמצביע על כך שחוט השדרה שמר על זיכרון של ניסיון העבר, שהפריע ללמידה חדשה.

לאחר שביסוס כך הן למידה מיידית, כמו גם זיכרון, בחוט השדרה, הצוות יצא לבחון את המעגל העצבי שמאפשר את שניהם. הם השתמשו בשישה סוגים של עכברים טרנסגניים, שלכל אחד מהם קבוצה שונה של נוירונים בעמוד השדרה מושבתים, ובדקו אותם ללמידה מוטורית והיפוך למידה. הם גילו שהגפיים האחוריות של עכברים לא הסתגלו כדי למנוע את הזעזועים החשמליים לאחר שהנוירונים לכיוון החלק העליון של חוט השדרה הושבתו, במיוחד אלה המבטאים את הגןPtf1a.

כאשר הם בדקו את העכברים במהלך היפוך למידה, הם גילו שהשתקת ה Ptf1aלביטוי נוירונים לא הייתה השפעה. במקום זאת, קבוצה של נוירונים בחלק התחתון, הגחון, של חוט השדרה המבטאים את En1 הגן היה קריטי. כאשר נוירונים אלה הושתקו יום לאחר למידה של הימנעות, חוטי השדרה התנהגו כאילו מעולם לא למדו דבר. החוקרים העריכו גם את זכירת הזיכרון ביום השני על ידי חזרה על תנאי הלמידה הראשוניים. הם מצאו כי בעכברים מסוג בר, גפיים אחוריות התייצבו להגיע למצב הימנעות מהר יותר מאשר ביום הראשון, מה שמעיד על היזכרות. מרגש את En1 נוירונים במהלך ההיזכרות העלו את המהירות הזו ב-80%, מה שמצביע על ריקול מוטורי משופר.

"לא רק שהתוצאות הללו מאתגרות את התפיסה הרווחת לפיה למידה מוטורית וזיכרון מוגבלים אך ורק למעגלי מוח", אומר Takeoka, "אלא שהראינו שאנחנו יכולים לתמרן את הזיכרון המוטורי של חוט השדרה, שיש לו השלכות על טיפולים שנועדו לשפר את ההחלמה לאחר עמוד השדרה. נזק לכבל."