בעכברים פעילים פעילות כפיס המוח יורדת, והסינכרון בין שני חצאי המוח נחלש

ניתוחים לניתוק כפיס המוח היו הפתרון לאפילפסיה, אך התברר שנזקם רב מתועלתם. במחקר שפורסם ב-2021 מסבירים חוקרים במכון ויצמן למדע את המנגנון שמקשר בין שני חלקי המוח, ומדוע פגיעה בו מסכנת את המנותח

מאת פרופ' אילן למפל, יעל אורן וד"ר יונתן כץ, מכון ויצמן למדע

אחת התופעות המוזרות ביותר שנצפו בחקר המוח אי פעם נראתה בחולים שבהם הופרדו בניתוח שני חצאי המוח.

מוח חצוי

ניתוחים אלו היו נפוצים בעבר כמוצא אחרון לחולי אפילפסיה קשים. בניתוחים אלו חתכו המנתחים את כפיס המוח (corpus callosum), אלומת הסיבים שמחברת את שתי ההמיספרות. כאשר ההפרדה הייתה כמעט מוחלטת נראה היה שלחולים היו שני מוחות ששולטים בגוף אחד ולעיתים באופן מנוגד. למשל חולים אלו הלבישו את עצמם ביד אחת ובו זמנית ניסו להוריד את בגדיהם בידם השנייה. בנוסף, כאשר התבקשו לצייר או לנקוב בשם אובייקט שהוצב בצד הימני של שדה הראייה שלהם הם ענו בהצלחה על המטלה, אך כשאותו אובייקט הוצב בצד השמאלי של השדה הראייתי שלהם הם טענו שלא ראו דבר.

מחקרים בחולים אלו, שכונו בעלי מוח חצוי, הביאו להענקת פרס נובל לרוג'ר ספרי (Roger Sperry) בשנת 1981. למרות שהיה ידוע שמחצית המוח בצד אחד מגיבה לגירויים בצד השני של הגוף וכן שולטת בו, מחקריו של רוג'ר ספרי הובילו להבנה שהמוח אינו לחלוטין סימטרי ושלכפיס המוח תפקיד מרכזי בהעברת מידע בין שני חצאי המוח. מחקרים נוספים בבני אדם ויונקים אחרים הראו שהפעילות העצבית באזורים תואמים בשני חצאי המוח נוטה להיות מסונכרנת מאוד ולאור מחקרים רבים אחרים נראה היה שלכפיס המוח תפקיד מרכזי בסינכרון זה.

בדיקת הסינכרון בעכברים

כבסיס להתחלת המחקר שלנו חשבנו כי אם יהיה ניתן להבין כיצד הפעילות מתואמת בין שתי ההמיספרות המוחיות, אשר נדמה שכל אחת פועלת כיחידה עצמאית, יהיה ניתן לקבל תובנות לגבי האופן שאזורים אחרים בקליפת המוח מתקשרים. לכן בדקנו בעכברים ערים כיצד המצב ההתנהגותי של העכבר משפיע על הסינכרון בין שתי ההמיספרות וכיצד סנכרון אינפורמציה זה תלוי בפעילות כפיס המוח. כאשר רשמנו את הפעילות החשמלית מתאי עצב באזורים סומטו-סנסוריים בשתי ההמיספרות בו זמנית הופתענו למצוא שהסינכרון ירד דווקא כאשר החיה הדגימה התנהגות אקטיבית הדומה לפעילות המופיעה כאשר עכברים מנסים לאסוף אינפורמציה מהסביבה.

חסימת כפיס המוח ומעקב אחר פעילותו

על מנת לבחון את תפקיד כפיס המוח במודולציה של הסינכרון במצבי התנהגות שונים חסמנו לזמן מוקצב את מעבר האינפורמציה דרך כפיס המוח באמצעות כלים גנטיים המשלבים כימיה ('כמוגנטיקה', chemogenetics). לאחר החסימה הייתה ירידה משמעותית בסינכרון הגבוה שנצפה כאשר החיה הייתה פסיבית, אך לא היה שינוי ברמת הסינכרון כאשר החיה הייתה פעילה. כלומר המודולציה של הסינכרון במצבי התנהגות שונים הושפעה על ידי חסימה של האינפורמציה שמועברת על ידי כפיס המוח. תוצאה זו רמזה על האפשרות שפעילות כפיס המוח יורדת בזמן שהעכברים פעילים ועולה בזמן מנוחה.

על מנת לבחון זאת השתמשנו במיקרוסקופ דו-פוטוני (two-photon microscope) בכדי לעקוב אחר הפעילות של האקסונים המרכיבים את כפיס המוח בזמן שהחיה ערה ומתנהגת. השימוש במיקרוסקופ זה אכן הראה שכאשר העכבר לא פעיל, כלומר במנוחה, הפעילות של כפיס המוח (הקורפוס קלוסום) הייתה גבוהה יותר בהשוואה לזמנים בהם החיה פעילה יותר, ולכן מסבירה את העלייה בסנכרון בזמן מנוחה. בנוסף מצאנו כי הפעילות הממוצעת של התאים באותו אזור דווקא יורדת מה שמרמז על כך שאוכלוסיית התאים אשר מחברת את שתי ההמיספרות הינה ייחודית.

מסקנות

אחת המסקנות מהניסויים שלנו היא אם כן ששינויים בהתנהגות גורמים למודולציה ספציפית על התאים שמהם יוצאים האקסונים שמהווים את כפיס המוח כך שרמת פעילותם היא הפוכה לרמת הפעילות של רוב התאים בכל צד. לממצאים אלה ישנה חשיבות גדולה בחשיפת התפקיד הסיבתי של כפיס המוח כמאפשר את העברת האינפורמציה בין שתי ההמיספרות, והתלות של תהליך זה בהתנהגות החיה.

שאלות ותשובות

מהו כפיס המוח ומה תפקידו?

כפיס המוח הוא אלומת סיבים שמחברת בין שתי ההמיספרות של המוח ומעבירה מידע ביניהן. על פי המחקר, העברת המידע הזו משתנה בהתאם למצב ההתנהגותי של החיה.

מדוע בעבר ניתקו את כפיס המוח בניתוח?

הניתוחים נעשו כמוצא אחרון לחולי אפילפסיה קשים. בחולים שנותחו כך נצפו תופעות מוזרות, ולכן הם כונו בעלי מוח חצוי.

מה גילו החוקרים בעכברים?

החוקרים מצאו שהסינכרון בין שתי ההמיספרות יורד כאשר העכבר פעיל, ושהוא גבוה כאשר העכבר במנוחה. כשחסמו את מעבר המידע דרך כפיס המוח, הסינכרון במנוחה ירד משמעותית.

האם פעילות כפיס המוח משתנה לפי התנהגות העכבר?

כן. באמצעות מיקרוסקופ דו-פוטוני נמצא שפעילות כפיס המוח גבוהה יותר כאשר העכבר במנוחה מאשר כאשר הוא פעיל, והדבר מסביר את העלייה בסינכרון בזמן מנוחה.

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען

• אחדות הניגודים: שני שכלים ומוח אחד – קווים לדמותן של ההמיספרות
• ההמיספרות של המוח – ההבדלים בין המינים והגילאים
• שפה ודיסלקציה חלק שלישי מתוך פרק 12 בספר "מאחורי הקלעים של מופע המוח"
• בפעם הראשונה נמצא כי ביטוי א-סימטרי של גנים בשני חצאי המוח חשוב בגיבוש זיכרונות חושיים