אטלס מוחי פורץ דרך שופך אור על מסלולים עצביים לתנועה

אותות המועברים לנוירונים מוטוריים מהמוח מאפשרים תנועת שרירים, אך אותות אלה עוברים בדרך כלל דרך עצבים פנימיים בעמוד השדרה לפני שהם מגיעים ליעדם. כיצד המוח וקבוצה מאוד מגוונת זו של תאי "מפעיל מרכזי" מחוברים אינו מובן היטב. כדי לתת מענה לכך, מדענים מבית החולים לחקר הילדים של סנט ג'וד יצרו אטלס מוח שלם המציג אזורים במוח ששולחים תשומות ישירות ל-V1 אינטרנוירונים, קבוצת תאים הנחוצים לתנועה. האטלס שנוצר והאתר האינטראקטיבי התלת מימדי הנלווה מספקים מסגרת להבנה נוספת של הנוף האנטומי של מערכת העצבים וכיצד המוח מתקשר עם חוט השדרה. הממצאים פורסמו היום ב עֲצָבוֹן.

אנחנו יודעים כבר עשרות שנים שהמערכת המוטורית היא רשת מבוזרת, אבל התפוקה האולטימטיבית היא דרך חוט השדרה. שם, יש לך נוירונים מוטוריים שגורמים להתכווצות שרירים, אבל הנוירונים המוטוריים אינם פועלים בבידוד. פעילותם מפוסלת על ידי רשתות של אינטרנוירונים מגוונים מבחינה מולקולרית ותפקודית".

ג'יי ביקוף, דוקטורט, מחבר מקביל, סנט ג'וד המחלקה לנוירוביולוגיה התפתחותית

פירוק הרשת המחברת את המוח לפלט המנוע

בעוד שנעשו קפיצות ענק בהבנת האופן שבו אזורים שונים במוח קשורים להיבטים שונים של שליטה מוטורית, בדיוק האופן שבו אזורים אלה מתחברים לנוירונים ספציפיים בחוט השדרה היו נקודה עיוורת בשטח. קשה לחקור את האינטרנוירונים, בעיקר בגלל שהם מגיעים במאות זנים שונים ומעורבבים.

"זה דומה להתיר כדור של אורות חג המולד, אלא שזה יותר מאתגר בהתחשב בכך שמה שאנחנו מנסים לפרום הוא תוצאה של יותר מ-3 מיליארד שנות אבולוציה", אמר המחבר הראשון, אננד קולקרני, דוקטור.

ההתקדמות האחרונה הוכיחה את קיומן של תת-מחלקות פנימיות נפרדות מבחינה מולקולרית והתפתחותית, אך הרבה עדיין לא ידוע על מקומן בתקשורת העצבית. "הגדרת המטרות הסלולריות של מערכות מוטוריות יורדות היא בסיסית להבנת השליטה העצבית בתנועה ובהתנהגות", אמר ביקוף. "אנחנו צריכים לדעת איך המוח מתקשר את האותות האלה."

כדי לנתח את המעגלים המקשרים את המוח לחוט השדרה, החוקרים השתמשו בגרסה מהונדסת גנטית של נגיף הכלבת שחסר חלבון מפתח, הגליקופרוטאין, על פני השטח שלו. זה עיכב את יכולתו של הנגיף להתפשט בין נוירונים.

זה בעצם תקוע את הנגיף במקורו. על ידי החדרה מחדש של גליקופרוטאין זה לאוכלוסיה ספציפית של אינטרנוירונים, הנגיף יכול לבצע קפיצה אחת על פני סינפסות לפני שיתקע שוב. החוקרים השתמשו בתג פלורסנט כדי לעקוב אחר הנגיף. על ידי מעקב אחר היכן מגיע הנגיף, החוקרים יכלו לאתר אילו אזורים במוח היו מחוברים לאינטרנוירונים אלה.

מפה תלת מימדית מאפשרת לחוקרים לדמיין קשרים

החוקרים יישמו גישה זו על מחלקה של אינטרנוירונים בשם V1 אינטרנוירונים, אשר הוכחו בעבר כבעלי תפקיד חיוני בעיצוב התפוקה המוטורית. העבודה אפשרה להם לאתר במדויק את המקורות של אותות מרובים שנקלטו על ידי אינטרנוירונים אלה בחזרה למוח.

"אנחנו מכוונים רק לאינטרנוירונים V1, אבל אלה למעשה קבוצה הטרוגנית מאוד של נוירונים, אז חשבנו, 'בואו נכוון לכמה שיותר מה-V1s שנראה מה מקרין להם'", אמר ביקוף.

החוקרים פנו לטומוגרפיה טורית של שני פוטונים כדי להמחיש את הנוירונים הללו וליצור אטלס התייחסות תלת מימדי. טכניקה זו מעבדת את המוח כשהוא עושה מאות קטעים בעובי מיקרון כדי לחשוף נוירונים עם תיוג פלואורסצנטי. האטלס אפשר לחוקרים לבצע תחזיות מדויקות לגבי הרשת המחברת בין מבני מוח שונים לחוט השדרה ולאינטרנוירונים איתם הם מקיימים אינטראקציה.

זיהוי האופן שבו מבנים אלו מקושרים לחוט השדרה מאפשר לחוקרים לחקור עוד את המעגלים העצביים השולטים בתנועה, והאטלס האינטרנטי הנלווה יבטיח שהנתונים יהיו נגישים באופן חופשי לכולם. "אנו מבינים מה עושים חלק מאזורי המוח המזוהים מנקודת מבט התנהגותית", הסביר ביקוף, "אבל כעת נוכל להעלות השערות לגבי האופן שבו ההשפעות הללו מתווך ומה התפקיד של העצמי V1 עשוי להיות. זה יהיה מאוד שימושי עבור התחום כמנוע מחולל השערות".

מחברים ומימון

המחברים הראשונים של המחקר הם פיליפ צ'פמן ואנאנד קולקרני, סנט ג'וד. המחברים האחרים של המחקר הם אלכסנדרה טרוויסאן, קייטי האן, ג'ניפר הינטון, פאולינה דלטובייט, מרי פאטון, לינדזי שוורץ וסטניסלב זכרנקו, סנט ג'וד; לייף פנו, אוניברסיטת טקסס באוסטין; ו-Charu Ramakrishnan וקארל דייסרות, אוניברסיטת סטנפורד.

המחקר נתמך על ידי מענק מהמכונים הלאומיים לבריאות (R01NS123116), ו-ALSAC, ארגון גיוס התרומות והמודעות של סנט ג'וד.