נהוג לדמות את המוח למחשב – תאי העצב המאורגנים במעגלים חשמליים סבוכים הם החומרה, בעוד התוכנה היא מגוון רחב של צפנים עצביים השולטים בפעילות של תאי העצב. עם זאת, לעיתים נדמה שהמוח, מבצע בהצלחה משימות שהחוֹמְרָה שלו, לכאורה, אינה מתאימה עבורן. למשל; היכולת שלנו ושל יונקים אחרים לנווט במרחבים גדולים מפתיעה לנוכח העובדה שהחוֹמְרָה של התפיסה המרחבית מתאימה, לכאורה, לייצוג מרחבים קטנים בהרבה.
■ רוצים עוד עדכונים? הצטרפו ל’כאן ישראל | כאן נעים | אתר החדשות המקומיות של כל המדינה ב’פייסבוק’ או ב’טוויטר’.
מדעני מכון ויצמן למדע, ניגשו לפתור תעלומה זו באמצעות חשיבה מחוץ לקופסא הניסויית; שילוב בין חיות מודל בלתי-שגרתיות ‘עטלפי פירות‘ למערכת ניסויית בלתי-שגרתית אף היא – מנהרת עטלפים באורך של 200 מטרים.
ממצאיהם התפרסמו (יום שישי, 28.05.21) בהרחבה ב’כתב-העת המדעי Science‘ חושפים צופן עצבי חדש לקידוד של תפיסה מרחבית.
“עטלפים ויונקים אחרים נדרשים לנווט מרחקים גדולים מאוד בטבע. בלילה אחד עטלף בודד, יכול לגמוא מרחק של כ-20 קילומטרים – זה הבדל משמעותי מאוד מקופסאות המטר-על-מטר שאנחנו רגילים לערוך בהן ניסויים של תפיסה מרחבית” אומר פרופ’ נחום אולנובסקי מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן.
צוות המחקר בהובלתו הבין שכדי לתאר נאמנה התנהגות טבעית של יונקים, צריך ללכת בגדול – שינוי בסדר הגודל של המרחב, הם שיערו, יבוא לידי ביטוי בפעילות עצבית שונה מזו שנחשפה עד כה.
בכדי להעמיד את השערתם למבחן, יזם פרופ’ אולנובסקי את הקמתה של מנהרת עטלפים ראשונה מסוגה בעולם; מבנה אטוּם, דמוי חממה, באורך של 200 מטרים, שנבנה בשטח מכון ויצמן למדע.
“200 מטרים הם אמנם לא בדיוק 20 קילומטרים, אך זה הרבה יותר קרוב לסביבה טבעית מאשר מערכי הניסוי המקובלים”, מסביר פרופ’ אולנובסקי.
בכדי לעקוב אחר הפעילות העצבית של העטלפים תוך כדי תעוּפה, פיתחו החוקרים מעין “רשם עצבי” אלחוטי זעיר אשר הונח על ראשיהם ותיעד את הפעילות העצבית בהיפוקמפוס – האזור במוח האחראי, בין היתר, על קידוד תפיסת המרחב הפיסי.
בנוסף, הציבו חוקרי מכון ויצמן למדע, מערך של אנטנות עם יכולות איכון מדויקות ביותר – מדויקות יותר ממערכות GPS – זאת כדי שיוכלו לדעת היכן בדיוק נמצאים העטלפים בכל רגע.
שילוב של שלושת אלה – מרחב גדול לנווט בו, מכשיר קומפקטי למדידת פעילות עצבית ומערך איכון מדויק במיוחד – אפשר לחוקרים להתחקות לראשונה אחר הפעילות המוחית של נבדקיהם המעופפים בסביבה המדמה בצורה טובה יותר את התנהגותם הטבעית.
מנהרת העטלפים המחקר בהובלת תלמידי הדוקטורט תמיר אליאב ו-שיר מימון ובשיתוף עם מדענית הסגל דרק ליאורה לס, רואה אור בעיתוי סמלי; לפני 50 שנה, גילה ג’ון א’וקיף את “תאי המיקום” (place cells); תגלית אשר זיכתה אותו ב-פרס הנובל לרפואה או פיסיולוגיה לשנת 2014.
תאי מיקום, הינם תאים ייעודים ב-היפוקמפוס שמופעלים כאשר אנו נמצאים בנקוּדה מסוימת בַּמֶּרְחָב, ומהווים למעשה מעין מפה קוגניטיבית של סביבתנו.
█ צופן עצבי: “בלילה אחד עטלף בודד, יכול לגמוא מרחק של כ-20 קילומטרים, לא בדיוק קופסאות המטר-על-מטר שאנחנו רגילים לערוך בהן ניסויים של תפיסה מרחבית”
חשוב לציין, כי תגליותיהם של א’וקיף ואחרים התבססו על ניסויים במכרסמים בסביבה מוגבלת מאוד שאינה קרובה לסביבתם הטבעית.
אם כל תא מיקום, אכן מייצג נקודה במרחב, אזי עטלפים, היו נדרשים למספר עצוּם של תאי עצב, בין 1013-1015, בכדי לייצג בהצלחה את מרחב הניווט רב-הקילומטרים שלהם בטבע.
אולם, לעטלפים, ישנם כ-105 תאי עצב בהיפוקמפוס בלבד – ובכל זאת הם מנווטים מסלולים מורכבים וארוכים, מדי לילה.
כעת, הודות למערך הניסויי החדשני, פתרו החוקרים את התעלומה; כאשר עטלפים, מנווטים בסביבה גדולה, כש’תאי המיקום‘ שלהם משנים את התנהגותם באופן ניכר בהשוואה למודל המסורתי.
ראשית, במקום לייצג שדה מיקום אחד, קרי; אזור אחד במרחב – התגלה, כי תאי מיקום, יכולים לייצג כמה וכמה אזורים. לא זאת בלבד, גם הגודל או קנה המידה של כל אזור שאותו מייצג תא המיקום יכול להשתנות, לפעמים עד כדי הבדל של פי 20.
במלים אחרות, כל תא עצב, יכול להיות מופעל על-ידי כמה מיקומים שונים במרחב, כאשר כל מיקום, יכול להיות בעל רזולוציה שונה ממשנהו באופן משמעותי.
באמצעות קידוד בלתי-שגרתי מסוג זה מצליחים העטלפים להתגבר על מגבלות החומרה כביכול ולנווט בהצלחה בַּמֶּרְחָב.
בכדי להבין טוב יותר את ממצאיהם ממנהרת העטלפים, השוו החוקרים באמצעות מודלים ממוחשבים בין הצופן העצבי שגילו לבין המודל המסורתי.
בהשוואה שנערכה על ידי פרופ’ מישה צודיקס מן המחלקה לנוירוביולוגיה, ודר’ יונתן אלחדף, בעבר חוקר במעבדתו של פרופ’ אולנובסקי וכיום חבר סגל באוניברסיטה של קליפורניה בסן-דייגו, התגלה, כי אף שאין יתרון משמעותי ל-צופן העצבי החדש בסביבות קטנות, הוא יעיל ומדויק בהרבה כאשר מדובר בסביבות גדולות.
ניתוח נתונים נוסף שערכה גילי גינוסר, תלמידת דוקטורט במעבדתו של פרופ’ אולנובסקי, תרם להבנה מדוע הצופן העצבי החדש – לא התגלה עד כה ומדוע הוא מופיע בסביבות גדולות, אך לא בסביבות קטנות.
“מודלים תיאורטיים נוספים שיצרנו סיפקו הסבר מכניסטי אפשרי גם לגבי האופן שבו נוצר צופן זה בהיפוקמפוס” – (Hippocampus, אזור במוח והמבנה הגדול ביותר של המערכת הלימבית. אצל בני אדם, יש שני היפוקמפוסים, אחד בכל צד של המוח.
להיפוקמפוס, תפקיד בזיכרון וניווט) אומר פרופ’ אולנובסקי. “אנו מאמינים, כי ממצאים אלה, תקפים גם למיני יונקים אחרים המנווטים בסביבות גדולות, ובהם בני-אדם“.
