נובל ברפואה למפענחי מערכת ההתמצאות
כיצד אנו יודעים היכן אנו? לרוב האנשים, התשובה פשוטה – אנו פוקחים עיניים ומתבוננים. ואולם, היכולת שלנו לעשות את הפעולה הפשוטה הזו, שאנו מבצעים מאות פעמים ביום, מבוססת על מערכת תשתית מורכבת מאוד במוח, הכוללת את מערכת הראייה, הזיכרון, ושילוב של קלט מחושים אחרים ומחיישני תנועה. השאלה כיצד פועלת המערכת הזאת, וכיצד בעלי החיים (בכלל זה בני האדם) מתמצאים במרחב ומסוגלים לנווט את דרכם בין מקומות שונים, העסיקה את החוקרים שנים רבות. הראשון שהצליח לספק רמז לפתרון היה ג’ון אוקיף (O’keefe). הוא נולד בניו-יורק ב-1939, ולאחר שסיים תואר ראשון בCity College, המשיך לדוקטורט באוניברסיטת McGill בקנדה, שם התחיל לעסוק בנסיונות לחקור תאי מוח יחידים. המוח הוא מארג סבוך של עשרות מיליארדי תאי עצב וכל תא יכול ליצור רשת מידע עם מאות ואף אלפי תאים אחרים. כשתא מוח פועל הוא מייצר אות חשמלי, או רצף מסויים של אותות, המועברים לתאים האחרים, באמצעים חשמליים או כימיים. אוקיף עסק בין השאר בפיתוח שיטות למדוד את הפעילות החשמלית של תאים יחידים. לאחר הדוקטורט יצא להשתלם ב-University College בלונדון, ושם נקלט בסוף שנות ה-60 כחוקר מן המניין במעבדה לחקר הכאב.
מיקום החולדה
אוקיף חקר במוח של חולדות את פעילותם של תאים בהיפוקמפוס (Hippocampus) – אזור בקליפת המוח שידוע כי הוא מעורב בין השאר בזיכרון, למידה והתמצאות במרחב. הוא גילה בקבוצת תאים שבחן דפוס פעילות חשמלית שלא היה מוכר קודם לכן: תאים מסויימים הפעילים רק כשהחולדה נמצאת במקום מסויים בחדר. כשהחולדה במרכז החדר פעלו תאים מסויימים בקבוצה הזו, וכשהועברה לפינה, חלה עלייה בפעילות החשמלית של תאים אחרים מהקבוצה. כל שינוי מיקום מניב דפוס פעילות אחר, וכך נוצרת במוח מעין מפת התמצאות עצבית. אוקיף ושותפיו כינו את התאים האלה “תאי מיקום” (Place cells) והוכיחו כי הם פועלים בנפרד ממערכת החישה הרגילה. במחקרי המשך מצא אוקיף כי המוח מייצר מפת התמצאות כזו בכל סביבה שהחלודה נמצאת בה, על בסיס פעילותם של תאי המיקום. במחקרים שנעשו בשנות ה-80 וה-90 הראו אוקיף ועמיתיו כי תאי המיקום משמשים גם מרכיב במערכת הזיכרון, ומאפשרים למוח לשמור מפות התמצאות במקומות שונים. חוקרים שבאו בעקבותיו המשיכו את המחקרים בתאי המיקום, הבינו טוב יותר את מנגנון הפעילות שלהם, ומצאו כי הם מעורבים בעוד כמה פעולות משיקות לתחום ההתמצאות במרחב, כמו למשל אומדן מרחקים.
יחד כל הדרך
אדוארד מוזר (Edvard Moser) נולד באוסלו ב-1962, וב-1985 סיים לימודי מתמטיקה וסטטיסטיקה באוניברסיטה המקומית. זה לא הספיק לו, אז הוא עשה תואר ראשון גם בפסיכולוגיה ובנוירו-ביולוגיה. במהלך הלימודים הכיר את אשתו מאי-בריט (May-Britt), שלמדה גם היא פסיכולוגיה ומכאן דרכיהם לא נפרדו. הם עשו יחד דוקטורט בנוירו-פסיכולוגיה באוניברסיטת אוסלו, וכשסיימו ב-1995, יצאו יחד להשתלם באדינבורו, ואח”כ בלונדון, אצל ג’ון אוקיף. שם הם נכנסו לתחום תאי המיקום, וניסו להבין אם יש תאים מחוץ להיפוקמפוס המפעילים אותם. באותה תקופה היה ידוע כי חלק גדול מהמידע בהיפוקמפוס נקלט מתאים באזור סמוך במוח, המכונה האזור האנטוריני (Entorhinal cortex). המוזרים חקרו ביסודיות את התאים האלה, שאותם כינו “תאי רשת” (grid cells). הם גילו כי התאים ערוכים בצורת משושה סביב האזור שבו מרוכזים תאי המיקום, וכי אזור מסויים במשושה מתחיל לשדר אותות חשמליים לתאי המיקום, על פי כיוון ההתקדמות של החולדה לעבר אזור מסויים.
בינתיים חזרו המוזרים לנורבגיה, וקיבלו יחד משרות פרופסורים באוניברסיטת טרונדהיים. הם הקימו יחד באוניברסיטה את המרכז לחקר המוח ואת מכון קאבלי (Kavli), ובעיקר המשיכו לחקור יחד את מערכת ההתמצאות של המוח. הם גילו כי תאי הרשת הם חלק ממערך רחב יותר של תאים המופעלים על פי כיוון התנועה של החולדה, או אפילו הנעת הראש. גילוי המערך הזה וקשרי הגומלין בין תאי ההתמצאות שגילו המוזרים לתאי המיקום שגילה אוקיף, פתחו צוהר ראשון להבנת האופן שבו בעלי חיים מצליחים להתמצא במרחב ובסביבה. אגב, מאי בריט ואדוארד מוזר הם הזוג הרביעי בהיסטוריה שזוכה יחד בפרס נובל במדעים. קדמו להם מארי ופייר קירי (פיזיקה, 1903), בתם אירן ז’וליו קירי ובעלה פרדריק ז’וליו (כימיה, 1935) ובני הזוג גרטי וקארל קורי (רפואה, 1947).
מערכת שמורה היטב
מאז גילויים של תאי המיקום ותאי הרשת בחולדות ובעכברים, הוכיחו החוקרים כי תאים כאלה קיימים עוד ביונקים רבים. אצל בני אדם המחקר בנבדקים חיים כמובן מורכב ביותר, אבל בדיקות שנעשו אצל חולי אפילפסיה (מחלת הנפילה), במסגרת טיפול שבו מחדירים אלקטרודות למוחם, העלו כי תאים דומים מאוד קיימים גם אצל בני אדם. בדיקות נוספות במכשיר ההדמיה fMRI, העלו ראיות תומכות לקיומם של תאים כאלה במוח שלנו. הדמיון בין המערכות האלה אצל היונקים שנבדקו, מעיד ככל הנראה על החשיבות האבולוציונית של מערכת ההתמצאות הזאת. על כושר הלימוד של המערכת אפשר ללמוד ממחקר שנעשה על נהגי מוניות בלונדון, והראה כי הנהגים שנדרשו להתמצא באזורים נרחבים של העיר בלי מפה (עוד לפני עידן ה-GPS), היו בעלי היפוקמפוס גדול מאוד בהשוואה לנבדקים אחרים. מכיוון שמחלות רבות של המוח ומערכת העצבים פוגעות בהתמצאות המרחבית של החולים, הבנה טובה של המערכת הזו עשוי להיות חשובה הן בהבנת המנגנונים של מחלות כאלה, הן בפיתוח דרכי טיפול חדשות.
לכתבות קודמות בנושא באתר הידען:
פרס נובל למפתחי ה-GPS של המוח (דיווח ראשוני)
מיי-בריט ואדוארד מוזר הם הזוג הנשוי הרביעי שזוכים ביחד בנובל
