חוקרים ב- MIT גילו שקליפת המוח הקדם־מצחית לא שולחת סתם "פקודות כלליות" לשאר המוח – אלא מתאימה את המסרים שלה במיוחד לאזורים שונים, בהתאם לרמת העוררות ולתנועה
חוקרים מצאו שקליפת המוח הקדם־מצחית (הקורטקס הפרה־פרונטלי) "תופרת" מסרים מותאמים אישית למערכות הראייה והתנועה במוח, וכך מעצבת את התפיסה שלנו לפי מצב העוררות וההתנהגות ברגע נתון. שני אזורים מרכזיים בקליפה זו מאזנים זה את זה: אחד מחדד את המידע הראייתי בזמן ערנות, והשני יודע דווקא לעמעם או לדכא אותו כשהוא עלול להיות מסיח דעת.
ראייה מכוונת התנהגות – והתנהגות שמעצבת ראייה
הראייה מנחה במידה רבה את ההתנהגות של בעלי־חיים. אבל עבודה חדשה של מדעני מוח ב־MIT מראה שגם הכיוון ההפוך נכון: ההתנהגות והמצב הפנימי של המוח משפיעים על האופן שבו מידע חזותי מעובד.
במחקר שפורסם ב־Neuron, מדווח הצוות כי בעכברים קיימים מעגלים עצביים מוגדרים המאפשרים ל"מטה" של המוח – הקורטקס הפרה־פרונטלי – לשלוח מסרים מותאמים לאזורים האחראים על ראייה ותנועה. מסרים אלה מסייעים לכוון את פעילות האזורים הללו בהתאם למצבים כמו רמת העוררות של העכבר, או השאלה אם הוא נמצא בתנועה פעילה או נינוחה.
"זו המסקנה העיקרית של המאמר: יש הקרנות שמשפיעות באופן ממוקד", אומר מחבר המאמר הבכיר, פרופ' מריגנקה סור, פרופסור במכון פיקאואר ללמידה וזיכרון ובמחלקה למדעי המוח והקוגניציה ב־MIT.
איך קליפת המוח הקדם־מצחית מתקשרת עם שאר המוח
מדענים חשדו זה זמן רב – ובהם גם עמיתו של סור, ארל קיי. מילר מ־MIT, שקליפת המוח הקדם־מצחית משפיעה על הדרך שבה אזורים אחוריים יותר בקליפת המוח מטפלים במידע. עדויות אנטומיות תמכו ברעיון הזה. המחקר החדש, שנוהל בידי חוקרת הבתר־דוקטורט סופי אהרלונד־ריכטר במעבדתו של סור, ביקשה לברר האם הקורטקס הפרה־פרונטלי שולח אות רחב אחד וכללי, או שהוא דווקא מתאים את הפלט שלו למטרות שונות במורד הזרם. אהרלונד־ריכטר ביקשה גם לבדוק מחדש לאילו סוגי נוירונים מגיעים האותות הללו, וכיצד קלט זה משנה את התפקוד של כל אזור.
בתמונות שצילם הצוות ניתן לראות אקסונים – שלוחות עצביות – שמקורם בנוירונים באזור הצינגולרי הקדמי ACA באדום ובקורטקס האורביטו־פרונטלי ORB בירוק, שמעצבבים את קליפת הראייה ומכוונים לשכבות מוגדרות בה.
שני אזורים שונים – שני מסרים שונים
הצוות של אהרלונד־ריכטר וסור הגיעו לתובנות חדשות. הם מצאו ששני אזורים פרה־פרונטליים, הקורטקס האורביטו־פרונטלי (ORB) והאזור הצינגולרי הקדמי(ACA) , מעבירים באופן סלקטיבי מידע על עוררות ותנועה לשני אזורים עיקריים במורד הזרם: קליפת הראייה הראשונית (VISp) וקליפת התנועה הראשונית (MOp).
המסרים הסלקטיביים האלה ממלאים תפקידים שונים. למשל, כאשר רמת העוררות עולה, ה־ACA גורם ל־VISp לייצר ייצוג חד ומדויק יותר של המידע הראייתי. ORB לעומת זאת, נכנס למשחק רק כאשר העוררות גבוהה מאוד – ואז דווקא מפחית את הדיוק של הקידוד. אהרלונד־ריכטר מציעה שכאשר העוררות עולה, ACA מסייע לקליפת הראייה להתמקד בפרטים שעשויים להיות משמעותיים, בעוד ORB מגביל את הקשב כך שלא "נישאב" לגירויים חזקים אך לא רלוונטיים.
"שני תת־האזורים האלה ב קליפת המוח הקדם־מצחית (Prefrontal Cortex( כאילו מאזנים זה את זה", אומרת אהרלונד־ריכטר. "האחד מחזק גירויים שעלולים להיות חלשים או קשים לזיהוי, והאחר מדכא גירויים חזקים שעלולים להיות לא רלוונטיים". כך הקורטקס הפרה־פרונטלי מעצב את הראייה לפי מצב העוררות, ולא פשוט "מגביר הכול".
מיפוי החיבורים ומדידת פעילות המוח
במחקר השתמשה אהרלונד־ריכטר בשיטות מעקב אנטומיות מדויקות כדי למפות כיצד ACA ו־ORB מתחברים ל־VISp ול־MOp. בניסויים נוספים הותר לעכברים לרוץ על גלגל תוך כדי שהם צפו בתמונות מובְנות או בקטעי סרטים טבעיים, שהוצגו ברמות ניגודיות שונות. לעיתים קיבלו העכברים נשיפות אוויר קלות שהעלו את רמת העוררות שלהם. בכל המצבים הללו הקליטו החוקרים פעילות עצבית ב־ACA ORB VISp ו־MOp.
מיקוד מיוחד הופנה למידע שעבר לאורך האקסונים – שלוחות הנוירונים – שמוליכים אותות מהקורטקס הפרה־פרונטלי אל האזורים האחוריים.
מעקב אנטומי אישש כי, בדומה לממצאים קודמים, גם ACA וגם ORB מתקשרים עם כמה סוגי תאים שונים במטרות שלהם, ולא רק עם סוג אחד. עם זאת, דפוסי החיבור המרחביים שלהם שונים: בקליפת הראייה, למשל,ACA מתחבר בעיקר לשכבה 6, בעוד ORB מכוון בעיקר לשכבה 5.
כיצד עוררות ותנועה משנות את המסרים העצביים?
כאשר ניתחו החוקרים את תוכן האותות ואת דפוסי הפעילות, התגלו כמה מגמות ברורות. נוירוני ACA נשאו יותר מידע חזותי מאשר נוירוני ORB והגיבו בצורה חזקה יותר לשינויים בניגודיות. פעילות ACA עקבה גם אחרי שינויים ברמת העוררות, בעוד ORB הגיב רק כאשר העוררות חצתה סף גבוה במיוחד.
כאשר ACA ו־ORB תקשרו עם קליפת התנועהMOp , שני האזורים נשאו מידע על מהירות הריצה של העכבר. אך בקשר שלהם עם קליפת הראייה (VISp) הם קידדו רק אם העכבר נע או עמד במקום, ולא את מהירות התנועה. בנוסף ACA ו־ORB , העבירו ל־MOp גם מידע על רמת העוררות וקצת פרטים חזותיים.
כך עולה שוב שהקורטקס הפרה־פרונטלי מעצב את הראייה לפי מצב העוררות והתנועה, ולא פועל כמגבר אחיד לכל הקורטקס.
כדי לבדוק מה התוצאה התפקודית של תקשורת זו, חסמו החוקרים לעיתים את המסלולים מ־ACA ומ־ORB אל קליפת הראייה. כך הם יכלו לראות כיצד היעדר הקלט הפרה־פרונטלי משנה את פעילות הנוירונים ב־VISp. החסימה חשפה כי ACA ו־ORB משפיעים על קידוד המידע הראייתי בדרכים שונות ואף מנוגדות, בהתאם למצב התנועה ולעוררות של העכבר.
מודל של פידבק פרה־פרונטלי מותאם־מטרה
"הנתונים שלנו תומכים במודל של פידבק מהקורטקס הפרה־פרונטלי, שהוא מומחה ומדויק הן ברמת תת־האזור של PFC והן ברמת מטרותיו", כתבו החוקרים ב־Neuron. "כך כל אזור פרה־פרונטלי יכול לעצב באופן סלקטיבי פעילות קורטיקלית באזורי המטרה שלו, במקום לווסת את הקורטקס באופן גלובלי ולא מובחן."
המודל הזה מציע דרך חדשה להבין כיצד מצב המוח וההתנהגות – עוררות, ריצה, תשומת לב – משנים בפועל את מה שאנחנו "רואים". התמונה שנוצרת היא של מוח שמכייל כל הזמן את המציאות החזותית לפי ההקשר, ולא של מצלמה פסיבית שמעבירה תמונות כפי שהן.
עוד בנושא באתר הידען:
