כיצד המוח מקודד את "נקודת היעד" שאליה רוצים להגיע

בניסוי שבוצע בעטלפים גילו מדענים ממכון ויצמן כי מערך מוגדר של תאי עצב הם שמקודדים את היעד, וכן את הכיוון ואת המרחק אליו. בניגוד למצופה, התברר שקידוד זה הוא מנטלי ומבוסס על זיכרון. 

עטלף פירות מצוי. מדעני מכון ויצמן מדווחים על סוג חדש של נוירונים שהתגלו במוח העטלף. הנוירונים הללו מקודדים את הכיוון והמרחק אל היעד שאליו מנווט העטלף ובאופן זה הם מהווים מנגנון עצבי ישיר לניווט אל מטרות. מקור: אורן פלס, Derivative work: User:MathKnight, ויקימדיה.
עטלף פירות מצוי. מדעני מכון ויצמן מדווחים על סוג חדש של נוירונים שהתגלו במוח העטלף. הנוירונים הללו מקודדים את הכיוון והמרחק אל היעד שאליו מנווט העטלף ובאופן זה הם מהווים מנגנון עצבי ישיר לניווט אל מטרות. מקור: אורן פלס, Derivative work: MathKnight, ויקימדיה.

איפה ממוקם בניין המשרדים שבו קבענו להיפגש בעוד כחצי שעה? באיזה כיוון לעוף כדי להגיע אל עץ הפרי החביב עלי? לאן ללכת כדי להגיע אל הקן המשותף שבו שוררים חמימות ותחושת ביטחון? היכולת להתמצא במרחב, לדעת איפה, או באיזה כיוון מצוי יעד מסוים שאליו רוצים להגיע, משותפת לרוב בעלי החיים, מהחרקים, דרך מכרסמים, ועד לבני-אדם. כיצד אנחנו, ובעלי-חיים אחרים, עושים זאת? כיצד מיוצגות במוח נקודת המוצא (המקום שבו אנו נמצאים), ונקודת היעד שאליה רוצים להגיע – והמסלול ביניהן?

שאלה זו מעסיקה מדענים במשך עשרות שנים, ובמחקרים שנערכו התקבל מידע רב על "תאי המקום" ו"תאי השריג" במוח, אותם תאים שמקודדים את המיקום שלנו במרחב, כלומר את נקודת המוצא. גילוי התאים האלה, והבנת דרך פעולתם, זיכו את ג'ון אוקיף, ואת בני הזוג מיי-בריט ואדוארד מוזר, בפרס נובל ברפואה או פיסיולוגיה לשנת 2014. אבל מה באשר למסע אל נקודת היעד, החיונית למסע שלנו, מהמקום שבו אנחנו נמצאים אל המקום שבו אנחנו רוצים להיות? כיצד מקודדת במוח נקודת היעד שלנו? זו נשארה עד כה תעלומה בלתי-פתורה.

פרופ' נחום אולנובסקי ותלמידת המחקר איילת שראל, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, במחקר שממצאיו התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Sciencee, העלו תשובה אפשרית לשאלה ותיקה זו. במחקר, בו היו שותפים גם ד"ר ארסניי פינקלשטיין וד"ר ליאורה לס מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, מתארים המדענים ניסוי פשוט שהוביל אותם אל היעד: גילוי הדרך שבה מקודדת המטרה במוח. הניסוי בוצע בעטלפים שנשאו על גופם מכשירי רישום זעירים, אשר איפשרו מעקב מדויק אחר מסלולי התעופה של העטלפים, מצד אחד, ועל הנעשה באיזור ה"היפוקמפוס" במוחם בעת התעופה, מצד שני. העטלפים עפו בחדר תעופה מבוקר שנבנה במיוחד במכון ויצמן למדע, כאשר היעד שלהם היה עמדה מסוימת שבה המתין להם מזון שהם מחבבים במיוחד.

עטלף פירות מצוי. מקור: Lietuvos zoologijos sodas, ויקימדיה.
עטלף פירות מצוי. מקור: Lietuvos zoologijos sodas, ויקימדיה.

מערכות הניסוי הייחודיות שהפעילו המדענים הראו, שבנוסף לייצוג המוכר של נקודת המוצא (מטלה שהעסיקה כשליש מתאי העצב בהיפוקמפוס), פועל מערך מוגדר של תאי עצב שמקודדים את הכיוון אל היעד – עמדת המזון. התאים האלה (שהיו כ-19% מהתאים בהיפוקמפוס) קודדו את הכיוון אל היעד גם כשהוא היה מוסתר – כפי שחשף ניסוי נוסף שביצעו אולנובסקי ושראל, ובו הוצבה מחיצה בין העטלף לבין היעד. בניסוי זה נמצא, שהתאים קודדו את הכיוון אל היעד "דרך הקיר".

תוצאה זו חשפה את העובדה, שייצוג המטרה במוח הוא תופעה מנטלית, המבוססת על הזיכרון, ואינו מתבצע באמצעות קידוד חושי על בסיס ראייה. תגלית מפתיעה זו מסבירה גם את העובדה שאנו יודעים איפה נמצא, ביחס למיקומנו, בניין המשרדים שאליו מועדות פנינו, גם אם איננו יכולים לראות אותו מאחורי בניינים אחרים, וכן את העובדה שעטלף יודע היכן נמצא עץ הפרי החביב עליו, גם אם בינו לבין העץ חוצץ רכס גבעות. בנוסף, תגלית זו יכולה להסביר מדוע פגיעה בהיפוקמפוס מביאה לאובדן היכולת לנווט אל היעד, כפי שנמצא במחקרים רבים, הן בבעלי-חיים והן בבני-אדם חולי אלצהיימר שאיבדו את היכולת להתמצא במרחב.

"קבוצה נוספת של תאי עצב", אומר פרופ' אולנובסקי, "מחשבת ומקודדת את המרחק מהמקום שבו העטלף נמצא ועד ליעד, וחלק מהתאים מקודדים כיוון ומרחק יחדיו". תיאור זה מזכיר מערכות ניווט מוכרות, אשר מציגות בפני נהגים הערכה של מרחק וזמן הנסיעה אל יעד מוגדר. מתברר שתאי המוח מצאו דרך פשוטה – מעין וקטור, או "חץ" – שמאפשרת להם לשלב את כל הנתונים, ולחשב ולקודד לפיהם, בכל רגע, לאן צריך לנוע וכמה זמן יידרש כדי לחצות את המרחק בין "כאן" לבין "מחוז החפץ".

#מספרי_מדע

19% מתאי העצב בהיפוקמפוס מקודדים את הכיוון ליעד שאליו מנווט העטלף. 

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

5 תגובות

  1. יריב
    הדרך הקלאסית לניווט במטוס זה "שעון-מפה-שטח". אתה מסתכל בשעון, בודק איפה אתה אמור להיות על המפה ואז בודק בשטח. בלג האחרון – שזה בסביבות חצי דקה – לומדים בעל פה נקודות הזדהות.
    ככה לפחות זה במטוסי קרב. אני מניח שאם טסים גבוה אז יש זמן להסתכל על השטח ולחפש נקודות ציון. כשאתה טס ק"מ בשלוש שניות בגובה 100 רגל הכל עובר מאד מהר 🙂
    הדוגמה של שיר זה מעניין. האבוריג'ינים באוסטרליה משתמשים בשירים מאד ארוכים כדי לנווט למקורות מים (בין היתר). השיר מכיל נקודות ציון וגם מגדיר בעצם זמנים, כי שרים בקצב ההליכה. יש שירים שמגדירים מסלולים של מאות ק"מ!!

  2. ניסים,

    בעלי חיים מנווטים כנראה לפי שיטות שונות, חלק לפי הכוכבים והשדה המגנטי של כדור הארץ, חלק לפי הנוף הויזואלי וכו׳.

    כשאני מנסה לחשוב כיצד אני יודע להגיע מהמקום שבו אני נמצא ועד ליעד שלי, אני חושב שאני עושה זאת דרך סידרה של נקודות ציון ויזואליות בנוף. למשל אני יוצא מהבית, ואז אני נוסע ישר עד הכיכר עם עץ הדקל, שם פונה ימינה, ממשיך עד שאני מגיע לבניין משרדים גבוה ושם פונה שמאלה… כלומר המסלול שלי הוא אוסף נקודות ביניים ששמורות לי בזיכרון וכל אחת מובילה אותי לנקודת הביניים הבאה וכך עד היעד. נדמה לי זו בעצם הדרך הקלאסית שבה טייסים מגיעים לנקודת היעד שלהם, דרך אוסף של נקודות ציון (נ.צ) שהם משננים בנוף בדרך ליעד.

    מבחינות רבות זה כמו זיכרון של שיר, הוא מתנגן לך בראש כאשר כל אקורד וכל מילה מזכירים לך מיד את ההמשך עד שאתה מגיע לסוף השיר.

    לגבי נמלים שסופרות את צעדיהם זה באמת מעניין, אני רואה שאפילו הייתה כאן כתבה בנושא:

    http://www.hayadan.org.il/מד-מרחק-של-הנמלים

  3. יריב
    נראה לי שהנקודה היא שאנחנו זוכרים כיוון ומרחק ליעד. זה בטח לא נכון במיקרים מורכבים – אני יודע בדיוק איך להגיע לעבודה שלי, אבל אין לי מושג באיזה כיוון זה או באיזה טווח.
    הוקטור ליעד תלוי במיקום ובכיוון העצמי – ולאורך זמן צריך גם לבצע אינטגרציה על המהירות. אז כנראה שהמנגנון הזה מאד מוגבל.
    קראתי שהראו לנמלים יש שיטת ניווט אחרת – הם סופרים צעדים. זה אומר שאם משנים את אורך הרגליים שלהם אז הם לא מגיעים ליעד!

  4. ״תוצאה זו חשפה את העובדה, שייצוג המטרה במוח הוא תופעה מנטלית, המבוססת על הזיכרון, ואינו מתבצע באמצעות קידוד חושי על בסיס ראייה. תגלית מפתיעה זו מסבירה גם את העובדה שאנו יודעים איפה נמצא, ביחס למיקומנו, בניין המשרדים שאליו מועדות פנינו, גם אם איננו יכולים לראות אותו מאחורי בניינים אחרים, וכן את העובדה שעטלף יודע היכן נמצא עץ הפרי החביב עליו, גם אם בינו לבין העץ חוצץ רכס גבעות״

    לא הבנתי מה כל כך מפתיע פה, הרי אנחנו יודעים בתור עובדה שבני אדם ובעלי חיים יודעים להגיע ליעדם גם אם זה נמצא קילומטרים רבים מהם ואינו נראה לעין, אז על מה ההפתעה הגדולה? זה היה מפתיע אם היה מתברר שזה לא כך.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן