מדעניות מכון ויצמן למדע הראו כי תאים מקודדי כיוון ברשתית העין נהנים מגמישות גדולה מכפי שחשבו עד כה: על-אף שהם בנויים אנטומית להגיב לכיוון מסוים, הם יכולים להגיב לכיוון ההפוך כתוצאה משינויים בסביבה
נחש מתפתל בסבך, נמר אורב בשיחים או שליח דוהר על קורקינט – אין חולק על כך שהיכולת לזהות תנועה במרחב חיונית להישרדותנו. האפשרות לראות את העולם בתמונות נעות מובנת מאליה עבור רובנו, אך כפי שיכולים להעיד מפתחי הרכב האוטונומי, זיהוי תנועה במרחב הוא פעולה חישובית מסובכת ביותר. הכושר שלנו לזהות תנועה מתחיל כבר בעין – באמצעות קבוצת תאי עצב ברשתית הבנויה אנטומית כך שכל תא יגיב לכיוון מסוים – ימינה, שמאלה, למעלה או למטה. באחרונה חשפו מדעניות מכון ויצמן למדע כי תאים אלה, הנקראים תאים מקודדי כיוון, נהנים מגמישות גדולה מכפי שחשבו עד כה: על-אף תפקידם המוגדר היטב, הם יכולים לשנות את פעילותם, כתוצאה משינויים בסביבה, ולהגיב לכיוון הפוך מזה שיועדו לו. המוח שלנו ידוע אמנם בגמישותו הרבה, אך מנגנון זה הוא דוגמה ייחודית לאופן שבו מעגלים עצביים בעין יכולים להתעלות מעל למבנה האנטומי שלהם ולשנות את תפקודם באופן דינמי.
כמו גלי קול לאוזניים או מגע לעור, העיניים מגיבות לגלי אור המוחזרים מהסביבה ומתרגמות את אנרגיית האור לאותות עצביים שהמוח יכול להבין. ברשתית העין יש מיליוני קולטני אור, ותאי עצב מסוגים שונים מקודדים את המידע לשורה של פרמטרים – צבע, צורה, תנועה ותכונות נוספות. בדומה לתאי חישה אחרים, התאים קולטי האור מאורגנים לפי עיקרון שבו החישוב ב”מרכז” והחישוב ב”היקף” מנוגדים (antagonistic center-surround); עיקרון זה מאפשר לתא להגיב בעוררות כאשר גירוי מופיע במרכז שדה הקלט שלו – ולהגיב בעַכָּבָה (אינהיביציה) כאשר הגירוי הוא בהיקף של שדה הקלט. עיקרון מארגן זה קיים במערכות חישה רבות והוא מאפשר מורכבות חישובית גבוהה, שכן כל תא עצב יכול לקודד באופן שונה את אותו הגירוי כתלות במיקום. בהקשר של חוש הראייה, חישוביות “מרכז-היקף” מהותית לחדות הראייה – שכן היא מגדילה משמעותית את יכולתנו למקם עצמים במרחב ולהפריד בין צבעים, אך תרומתה לזיהוי תנועה ברשתית לא הייתה ידועה.
לפני כמה שנים, במהלך מחקר בתר-דוקטוריאלי באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, גילתה ד”ר מיכל ריבלין מהמחלקה לנוירוביולוגיה ממצא מפתיע: גירוי אור חזרתי גרם לתאים מקודדי כיוון להפוך את כיוון התנועה שאליו הם מגיבים ב-180 מעלות. ההפתעה נבעה מהקישוריות במעגל הנתון, שנחקרה רבות במשך עשרות שנים: תאים מקודדי תנועה ימינה יקבלו קשרים מעכבים מתאים שנמצאים לשמאלם, והחיווט המסוים הזה עומד בבסיס ההעדפה הכיוונית שלהם. במחקר הנוכחי שהובילה תלמידת המחקר שלה, לאה אנקרי, שרטטו השתיים – בסיוע החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד”ר אלישי עזרא-צור – מה בדיוק קורה במעגל העצבי של התאים מקודדי הכיוון בעקבות אותו גירוי חזרתי, ובדקו האם תגובה מפתיעה זו מעידה על מנגנון לא מוכר שמשפיע על האופן שבו אנחנו תופסים תנועה.
כדי להשיב על שאלות אלה בדקו החוקרות את התגובה לאור של תאים שונים ברשתית העין של עכברים, בעזרת מיקרוסקופ דו-פוטוני בשילוב שיטות רישום אלקטרו-פיסיולוגיות. הממצאים העלו כי היפוך הכיוון המפתיע הוא למעשה עדות לכך שמנגנון קידוד הכיוון כפוף אף הוא לעיקרון ה”מרכז-היקף” ולפיכך יכול להשתנות באופן דינמי בהתאם לגירוי החזותי. “למעשה, הראינו שהגירוי החזרתי מיסך את מרכז שדה הקלט במעגל העצבי של התאים מקודדי הכיוון וגרם להיקף להשתלט על החישוב”,אומרת אנקרי. “במלים אחרות, עיקרון המרכז-היקף מאפשר רזולוציה מרחבית טובה יותר לא רק עבור צורה וצבע כפי שהיה ידוע עד כה, אלא גם עבור תנועה”.
מימין: לאה אנקרי וד״ר מיכל ריבלין. רואות עין בעין
ללמוד על המוח מהעיניים
נהוג לומר שהעיניים הן “חלון לנשמה”. במעבדתה של ד”ר ריבלין, המתמקדת בתהליכים דינמיים ברשתית, בוחנים הלכה למעשה את העיניים כ”חלון למוח”. המוח האנושי מורכב מכ-100 מיליארד תאי עצב המחוברים זה לזה בכ-100 טריליון קשרים חשמליים – ומורכבות זו מקשה מאוד להגיע למסקנות בנוגע לחוקיות בפעילות המערכת. רשתית העין, לעומת זאת, היא רשת עצבית קטנה בהרבה. ברשתית העכבר יש “רק” מיליונים אחדים של תאים, המחוברים זה לזה בקשרים מובחנים היטב מבחינה אנטומית. לפיכך, הגישה המחקרית של ד”ר ריבלין מתמקדת בתהליכים החישוביים המתבצעים ברשתית מתוך מחשבה שהתבוננות זו תאפשר לומר דברים משמעותיים גם על הפעילות המוחית ככלל.
ממצאי המחקר הנוכחי עשויים לספק חיזוק לגישה זו לחקר הרשתית. עיקרון המרכז-היקף מוכר אמנם ממערכות חושיות שונות וגם מאזורי עיבוד גבוהים יותר במוח, אך התגלית שלפיה עיקרון דינמי זה תקף גם במעגל שהחישוב בו מתבסס על אנטומיה, עשויה לסמן אותו כעיקרון מפתח בחישוביות עצבית באופן כללי – עיקרון חוצה מורכבות רשת וחוצה תפקיד. “לא ידעו עד כה שכבר ברשתית יכולים לקרות דברים כל כך מורכבים ודינמיים”, אומרת אנקרי. “ייתכן שמרכז-היקף הוא עיקרון מפתח בפעילות המוחית ככלל – אולי אפילו אחד המוטיבים החישוביים שמאפשרים למוח שלנו להיות דינמי כל כך”.
מספרי מדע
ברשתית עכבר יש יותר מ-30 סוגים של תאי גנגליון המקודדים באופן שונה מידע משדה הראייה; לפחות 7 מתוכם הם תאים מקודדי כיוון,
תגובה אחת
“..לפחות 7 מתוכם הם תאים מקודדי כיוון..”
באמת? 7 או 7 מיליון? כי זה באמת לא אותו דבר.