אזורי מוח עובדים יחד כמו שעון חול כדי לשלוט בתזמון התנועה

מדענים של MPFI גילו כיצד שני אזורי מוח עובדים יחד כמו שעון חול כדי לשלוט בגמישות בתזמון התנועה.

ממצאים מרכזיים

• שעון החול של המוח: הקורטקס המוטורי והסטריאטום פועלים יחד כמו שעון חול כדי למדוד זמן לתנועה מדויקת ומתואמת.
• השהה והרצה אחורה: השתקה זמנית של הפעילות העצבית בקליפת המוח המוטורית השהתה את הטיימר של המוח, בעוד שהשתקת הסטריאטום החזירה את הטיימר.
• השפעות רחבות יותר: ממצאים אלה חושפים כיצד המוח שומר זמן כדי לתאם תנועה, שיום אחד עשוי להירתם כדי להחזיר תנועה בהפרעות כמו פרקינסון והנטינגטון.

בין אם מדברים או מניפים מחבט, תזמון תנועה מדויק וניתן להתאמה חיוני להתנהגות היומיומית. למרות שאין לנו איברי חישה כמו עיניים או אף כדי לחוש את הזמן, אנחנו יכולים לשמור על הזמן ולשלוט בתזמון הפעולות שלנו. דיוק תזמון כזה תלוי בטיימר במוח, אבל האופן שבו המוח מיישם את הטיימר הזה לא היה ידוע קודם לכן. במחקר שפורסם השבוע ב-Nature, מדעני MPFI Zidan Yang, Hidehiko Inagaki ועמיתיו חושפים כיצד טיימר זה עובד דרך האינטראקציה של שני אזורי מוח – הקורטקס המוטורי והסטריאטום. יחד, אזורים אלה עוקבים אחר חלוף הזמן בדומה לשעון חול.

גילוי שעון החול של המוח

מחקרים קודמים על האופן שבו המוח עשוי לתזמן תנועה הדגישו גם את הקורטקס המוטורי וגם את הסטריאטום כאזורי מפתח במוח. אזורים אלה מראים דפוסי פעילות עצבית התואמים את תפקודי התזמון וגורמים לליקויים בתזמון תנועה כאשר הם ניזוקים במחלות כמו פרקינסון והנטינגטון.

הבנו שיש טיימר מתכוונן במוח, אבל לא היה ברור איך המוח מיישם את הטיימר הזה ומה התפקיד הספציפי של כל אזור במוח. רצינו להבין במדויק איך המוח שומר על הזמן כי זה תפקיד כל כך קריטי לפעילויות היומיומיות שלנו".

ד"ר זידאן יאנג, המדען הראשי של המחקר

כדי להשיג זאת, המדענים אימנו עכברים לקבל פינוק על ידי ליקוק פיה עם תזמון ספציפי, למשל, לאחר שנייה אחת. במהלך משימה זו, החוקרים תיעדו את הפעילות של אלפי נוירונים הן בקורטקס המוטורי והן בסטריאטום כדי למדוד את הדפוסים הקשורים לתזמון שלהם. כדי להבין כיצד הטיימר של המוח עשוי לעבוד, מדענים שילבו את המדידות הללו עם טכניקה הנקראת אופטוגנטיקה, שאפשרה להם להשתיק זמנית את הפעילות של אזור מוח אחד עם הבזקי אור ולמדוד את השינויים שנוצרו בדפוסים הקשורים לתזמון באזור האחר.

"על ידי שילוב של הקלטות עצביות עם שינויים קצרים בפעילות של אזורי מוח ספציפיים, הצלחנו לזהות את התפקיד שכל אזור שיחק בטיימר הפנימי של המוח. הבנו שאזורי המוח האלה עובדים יחד כדי לעקוב אחר הזמן, אבל ממלאים תפקידים ייחודיים – בדומה לחלק העליון והתחתון של שעון חול", תיאר ד"ר יאנג.

השהייה והחזרה של הטיימר

החוקרים גילו שהקורטקס המוטורי הוא כמו החלק העליון של שעון החול, ושולח זרמים של אותות עצביים לסטריאטום. בסטריאטום, האותות הללו מצטברים ככל שעובר הזמן, בדיוק כמו החול בתחתית שעון החול. ברגע שהאות מגיע לרמה מסוימת, מופעלת תנועה.

כאשר החוקרים השתיקו זמנית את הקורטקס המוטורי, הוא השהה את זרימת האותות הללו כאילו צובט את צוואר שעון החול כדי לעצור את זרימת החול. זה השהה את הצטברות הפעילות בסטריאטום ועיכבה את תזמון הליקוק של העכבר לפינוק, כאילו הזמן עצמו הושהה.

מצד שני, כאשר החוקרים השתיקו את הסטריאטום, הוא איפס את אותות התזמון כאילו התהפך שעון החול כדי להפעיל מחדש את הטיימר. זה עיכב עוד יותר את הליקוק של העכבר, כאילו הזמן התגלגל לאחור.

השפעות רחבות יותר

ממצאי הצוות מסמנים התקדמות משמעותית בהבנת האופן שבו פעילות עצבית בשני אזורים אלה מתקשרת כדי לתאם את תזמון הפעולות. ד"ר Hidehiko Inagaki, ראש קבוצת המחקר MPFI ומחבר בכיר של המחקר, מתאר את מטרתו הסופית: "הקורטקס המוטורי והסטריאטום הם שני אזורי המוח המרכזיים השולטים בתנועה שלנו ונפגעים בהפרעות מוטוריות רבות. אנו פועלים להבין כיצד דפוסי הפעילות של המוח באזורי המוח הקריטיים הללו מובילים לשליטה מדויקת בהתנהגות, כמו למשל לרתום את התנועות הללו כדי לשחזר את התנועה הזו כדי לשחזר את התנועה הזו. מתמודדים עם האתגרים של חיים עם הפרעה מוטורית".