מחקר מדגיש את תפקידו של המוח הקטן בלמידה ובתנועה באמצעות "נוירונים זומבים", וחושף כיצד נוירונים אלה שהשתנו פונקציונלית אך חיים חיוניים לאותות למידה אסוציאטיביים.
המוח הקטן, השוכן בחלק האחורי של ראשך, הוא מבנה מוחי הממלא תפקיד מרכזי באופן שבו אנו לומדים, תוך התאמת פעולותינו על סמך חוויות העבר.
עם זאת, עדיין מוגדרים הדרכים המדויקות שבהן למידה זו מתרחשת. מחקר בראשות צוות מקרן Champalimaud מביא בהירות חדשה לדיון הזה, עם ממצא מובהק של מה שמכונה "נוירונים זומבים". הנוירונים הללו, חיים אך השתנו תפקודית, עזרו לקדם את ההבנה שלנו לגבי אותות ההוראה הקריטיים של המוח הקטן.
המילה "מוח הקטן" פירושה "מוח קטן", למרות העובדה שהוא מכיל יותר ממחצית הנוירונים של המוח. זה חיוני לתיאום תנועות ושיווי משקל, עוזר לך לבצע משימות יומיומיות בצורה חלקה, כמו הליכה ברחוב הומה אדם, או ספורט.
זה גם חיוני לתהליך הלמידה המאפשר לך לקשר רמזים חושיים לפעולות ספציפיות. בכל פעם שאתה מרים כוס מבלי לשפוך את תוכנו, מכוון ללא מאמץ את כמות הכוח שאתה מפעיל בהתבסס על משקל המיכל ועד כמה הוא מלא, אתה חווה את ההשלכות של היכולת של המוח הקטן לקשר אותות חזותיים עם תנועה מתאימה. תגובות.
"אותות ההוראה" של המוח
כדי שהלמידה תתבצע, המוח הקטן עוקב באופן רציף אחר העולם החיצון ותוצאות התנועות שאנו מבצעים בתוכו. כאשר אנו טועים, ניתן להשתמש במידע על השגיאות שלנו כדי להתאים את עוצמת הקשרים המוחיים, מה שמוביל לאורך זמן לשינויים בתגובות ההתנהגותיות שלנו לרמזים ספציפיים.
עם זאת, לא ידוע בדיוק כיצד "שגיאה" או "אותות הוראה" כאלה מיוצגים בתוך המוח כדי להניע שינויים נלמדים בהתנהגות. המחקר האחרון ממעבדת קארי של קרן Champalimaud, שפורסם ב מדעי המוח בטבעמספק עדות משכנעת לכך שפעילות בכיתה ספציפית של תשומות מוחיות, הנקראות סיבים מטפסים, חיונית לחלוטין להתרחשות למידה אסוציאטיבית.
כדי לבחון את תפקידם של סיבים מטפסים ומטרותיהם, תאי Purkinje המוחיים, בלמידה, תכננו החוקרים ניסוי הכולל עכברים. הם השתמשו במשימת למידה נפוצה המכונה התניית מצמוץ עיניים. במשימה זו, עכבר לומד למצמץ בתגובה לאות מסויים, כגון אור, שלפני אירוע, בדרך כלל נשיפה עדינה של אוויר המכוונת לעין שלו. לאחר מכן החיות מציגות למידה אסוציאטיבית, לומדים לקשר אות חושי עם תגובה תנועתית אדפטיבית, במקרה זה, מצמוץ.
סיבים מטפסים, בצורת קיסוס, עוטפים את ענפיו של עץ בצורת תא Purkinje, בתוך החצר התוססת של בית ספר המאוכלס בעכברים. האיור לוכד את התפקיד המהותי של טיפוס על סיבים כאותות הוראה ללמידה אסוציאטיבית של המוח הקטן. קרדיט: ריטה פליקס
"בניסוי שלנו", מסבירה ד"ר טטיאנה סילבה, המחברת הראשונה של המחקר, "השתמשנו בטכניקה שנקראת אופטוגנטיקה. שיטה זו מתפקדת כמו שלט רחוק מאוד מדויק לתאי מוח, תוך שימוש באור כדי להפעיל או לכבות תאים מסוימים בעלי עניין בזמנים ספציפיים ביותר". סילבה ממשיך, "סיבים מטפסים מגיבים בדרך כלל לגירויים תחושתיים כמו נשיפה של אוויר לעין. על ידי הפעלת סיבים אלה בדיוק עם אופטוגנטיקה, הצלחנו להערים על העכבר לחשוב שהוא קיבל נשיפה באוויר, כשלמעשה הוא לא קיבל. לאחר שגירוינו בעקביות סיבים מטפסים במהלך הצגת רמז חזותי, העכברים למדו למצמץ בתגובה לרמז זה – אפילו בהיעדר גירוי. זה הוכיח שהסיבים האלה הם מַסְפִּיק להניע סוג זה של למידה אסוציאטיבית."
המחברים הצליחו עוד להראות שסיבים מטפסים הם גם כן נחוץ ללמידה אסוציאטיבית. "כשהשתמשנו באופטוגנטיקה כדי להשתיק באופן סלקטיבי סיבים מטפסים במהלך הצגת שאיפה ממשית", מגלה סילבה, "העכברים לא הצליחו לחלוטין ללמוד למצמץ בתגובה לרמז החזותי". הצוות של קארי תמרן באופן דומה מספר סוגים אחרים של תאי מוח בתוך המוח הקטן, אך מצא שאף אחד מהם לא הצליח לספק אותות הוראה אמינים כל כך ללמידה.
הופעתם של "נוירונים זומביים"
בהסתכלות מקרוב על חלק מהנתונים שלהם, החוקרים גילו טוויסט בלתי צפוי. על מנת לתמרן את פעילות סיבים מטפסים באמצעות אופטוגנטיקה, הם השתמשו בכלים גנטיים לבטא חלבון רגיש לאור בשם Channelrhodopsin-2 (ChR2) באותם נוירונים. למרבה ההפתעה, הם גילו שכאשר ניסו ללמד את העכברים המבטאים ChR2 בשיטת ה-air puff המסורתית, החיות לא הצליחו ללמוד לחלוטין. כפי שמסביר קארי, לאחר הקלטות שיטתיות של פעילות עצבית מהמוח הקטן של העכברים הללו, "התברר שהחדרת ChR2 לסיבי המטפסים שינתה את התכונות הטבעיות שלהם, ומנעה מהם להגיב כראוי לגירויים תחושתיים סטנדרטיים כמו שאיפות אוויר. זה, בתורו, חסם לחלוטין את היכולת של בעלי החיים ללמוד".
"הדבר המדהים", אומר סילבה, "היה שאותם עכברים למדו מצוין כאשר שילבנו גירוי סיבי טיפוס, במקום נשף אוויר, לרמז ויזואלי." ללא כוונה, הצוות השיג מטרה ארוכת שנים במדעי המוח: לווסת דפוסי פעילות ספציפיים בתוך נוירונים ספציפיים מבלי לכבות לחלוטין את התקשורת שלהם, וכתוצאה מכך התערבות טבעית יותר כדי להבהיר את תפקידם הסיבתי. במילים אחרות, למרות שסיבי הטיפוס נשארו פעילים באופן ספונטני וברור שהם פעלו אחרת, הקידוד המשתנה שלהם לגירויים תחושתיים הותיר את בעלי החיים ללא יכולת ללמוד את המשימה. זה הוביל את סילבה לכנות אותם "נוירונים זומביים": חיים פונקציונליים אך אינם מקיימים אינטראקציה עם מעגל המוח כרגיל.
בשל העדינות של ההשפעות הבלתי צפויות של ביטוי ChR2 בסיבים מטפסים, אומרת ד"ר מייגן קארי, "תוצאות אלו משמשות עדות משכנעת ביותר עד כה לכך שאותות סיבים מטפסים חיוניים ללמידה אסוציאטיבית במוח הקטן. הצעדים הבאים שלנו כוללים הבנה מדוע ביטוי ChR2 מוביל ל'זומביפיקציה' של נוירונים וקביעה אם הממצאים שלנו מתרחבים לצורות אחרות של למידה מוחית". אפילו לא-מתים, כך נראה, יש מה ללמד אותנו על עולם החיים
