באמצעות כיוונון השדות האלקטרומגנטיים במכשיר MRI וניצול “היסט כימי”, הצליח צוות בראשות פרופ’ אסף טל לעקוב אחרי שינויים קצרי מועד בגלוטמט ובגאבה דקות לאחר למידה מוטורית – רמז לקידוד כימי של תהליכי למידה וזיכרון
כשרוצים להבין מה קורה במוח, על פי רוב מכניסים נבדקים למכשיר דימות תהודה מגנטית, או MRI. ה-MRI מחולל שדות מגנטיים עוצמתיים, שמאפשרים למדוד את גרעיני המימן במולקולות המים של המוח שלנו – וכך לזהות את האזורים הפעילים. לפרופ’ אסף טל מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב יש גישה קצת שונה.
“על ידי שינוי השדות האלקטרומגנטיים בתוך ה-MRI”, מסביר פרופ’ טל, “אנחנו מצליחים לדכא את תדר הרדיו של המים, ולראות מה יש מתחתיו. אנחנו עדיין מסתכלים על גרעיני המימן, אבל במולקולות אחרות. אנחנו חוקרים שאלות של למידה ושל זיכרון, אבל להבדיל מחוקרים המראים, למשל, שינויים מבניים בקורטקס המוטורי של מוזיקאים, או מודדים פעילות חשמלית של נוירונים – אנחנו רוצים להראות את הקידוד עצמו, את האופן שבו נוירונים משוחחים זה עם זה תוך כדי למידה”.
לשם כך, פרופ’ טל ועמיתיו משתמשים בתופעה פיזיקלית בשם “היסט כימי”: תדר הרדיו של מימן משתנה לפי ענן האלקטרונים האופף וממסך אותו, כך שמימן במולקולות שונות משדר תדרים אחרים. במכשיר ה-MRI של אוניברסיטת תל אביב, הם מנסים לראות במישרין שתי מולקולות במוחם של סטודנטים הלומדים מטלות: גלוטמט וגאבה.
מה השאלה? האם המוח מקודד למידה גם בנוירוטרנסמיטורים?
“גלוטמט וגאבה הם שני נוירוטרנסמיטורים”, מספר פרופ’ טל. “לתאי העצב יש פוטנציאל פעולה, שנושא אינפורמציה לאורך האקסון, מתחילת התא אל קצהו. אבל קצה האקסון של נוירון אחד אינו נוגע בגוף התא של הנוירון הבא. יש ביניהם מרווח סינפטי, והם מתקשרים כימית בעזרת למעלה מ-60 נוירוטרנסמיטורים שזוהו עד היום. ונשאלת השאלה: למה צריך 60 נוירוטנסמיטורים? אנחנו מאמינים שיש עושר של תופעות שמקודדות באופן הזה, כי אחרת היה אפשר להסתפק באחד או בשניים. התזה העיקרית שלנו היא שכדי להבין פעילות מוחית עלינו להבין לא רק את הקידוד האלקטרו-פיזיולוגי של תאי העצב, כלומר איך הם נושאים מידע, אלא גם את האיתות הכימי ביניהם – איך הם מתקשרים את המידע הזה ביניהם”.
ככלל, האותות החשמליים במוח הם שמייצרים הפרשה של נוירוטרנסמיטורים, הפרשה שיש לה השפעה מעוררת או מדכאת – אקסיטציה או אינהיבציה: היא מעוררת את הנוירון הבא לייצר פוטנציאל פעולה, או מדכאת אותו. גלוטמט הוא הנוירוטרנסמיטור המעורר העיקרי של המוח, וגאבה – המדכא העיקרי.
כדי להבין פעילות מוחית עלינו להבין לא רק את הקידוד האלקטרו-פיזיולוגי של תאי העצב, כלומר איך הם נושאים מידע, אלא גם את האיתות הכימי ביניהם – איך הם מתקשרים את המידע הזה ביניהם
“נכון, היינו שמחים לראות את כל 60 הנוירוטרנסמיטורים, אבל אשרינו שהצלחנו לראות את השניים האלה”, אומר פרופ’ טל. “אנחנו לא משלים את עצמנו שמחר בבוקר נפתור את בעיית התקשורת הכימית בין תאי עצב, אבל הראינו שיש שינויים קצרי מועד בגלוטמט ובגאבה זמן קצר אחרי למידה מוטורית, ממש כמה דקות אחרי ביצוע המטלה. כלומר, הקידוד המיידי נעשה כימית, והוא מנבא טוב לקידוד ארוך טווח של היכולת. זאת ועוד, אנחנו רואים שהקידוד הזה דיפרנציאלי, כלומר: השינויים בגלוטמט קודדו תופעות כאלה והשינויים בגאבה – תופעות אחרות. היכולת להבחין בין תהליכים שונים בלמידה היא כשלעצמה מעניינת מאוד, ואנחנו שואפים להדגים כי היבטים של למידה – בין אם בטווחי זמן, בסוגי למידה או באזורים מסוימים במוח – מקודדים כימית, ולא ניתן למדוד אותם בדרכים המקובלות של מדע הדימות”.
עוד בנושא באתר הידען:
