אתה שומע צלצול טלפון או כלב נובח. זה שלך או של מישהו אחר? אתה שומע צעדים בלילה -; האם זה הילד שלך, או פולש? חבר או אוייב? ההחלטה שתקבל תקבע איזו פעולה תנקוט בהמשך. חוקרים מקרן Champalimaud שפכו אור על מה שעשוי להתרחש במוחנו ברגעים כאלה, ולקחו אותנו צעד אחד קרוב יותר לפענח את התעלומה של האופן שבו המוח מתרגם תפיסות לפעולות.
בכל יום, אנו מקבלים אינספור החלטות המבוססות על צלילים ללא מחשבה שנייה. אבל מה בדיוק קורה במוח במקרים כאלה? מחקר חדש ממעבדת Renart, שפורסם ב ביולוגיה נוכחית, מעיף מבט מתחת למכסה המנוע. הממצאים שלהם מעמיקים את הבנתנו כיצד מידע חושי ובחירות התנהגותיות שלובים זה בזה בתוך הקורטקס -; השכבה החיצונית של המוח שמעצבת את התפיסה המודעת שלנו את העולם.
קליפת המוח מחולקת לאזורים המטפלים בתפקודים שונים: אזורים תחושתיים מעבדים מידע מהסביבה שלנו, בעוד שאזורים מוטוריים מנהלים את הפעולות שלנו. באופן מפתיע, אותות הקשורים לפעולות עתידיות, שאפשר לצפות למצוא רק באזורים מוטוריים, מופיעים גם בחושיים. מה עושים אותות הקשורים לתנועה באזורים המוקדשים לעיבוד חושי? מתי והיכן מופיעים האותות הללו? חקר השאלות הללו יכול להבהיר את המקור והתפקיד של האותות המבלבלים הללו, וכיצד הם עושים זאת -; או לא -; להניע החלטות.
גישה אחרת
החוקרים התמודדו עם השאילתות הללו על ידי תכנון משימה עבור עכברים. פוסט-דוקטורט רפאל סטיינפלד, המחבר הראשי של המחקר, קולט את הסיפור: "כדי לפענח את האותות הקשורים לפעולות עתידיות עשויות לעשות באזורים תחושתיים, חשבנו היטב על המשימה שעכברים יצטרכו לבצע. מחקרים קודמים הסתמכו לעתים קרובות על "Go- משימות NoGo", שבהן בעלי חיים מדווחים על בחירתם על ידי ביצוע פעולה או אי תנועה, בהתאם לזהות הגירוי. הגדרה זו, לעומת זאת, מערבבת בין אותות המקושרים לתנועות ספציפיות עם אלו הקשורים רק לנוע באופן כללי. לבודד איתותים לפעולות ספציפיות, אימנו עכברים להחליט בין אחת משתי פעולות הם היו צריכים להחליט אם צליל גבוה או נמוך בהשוואה לסף שנקבע ולדווח על החלטתם על ידי ליקוק של אחת משתי זרמים, שמאל או ימין".
עם זאת, זה לא הספיק. "עכברים לומדים במהירות את המשימה הזו, לעתים קרובות מגיבים ברגע שהם שומעים את הצליל"ממשיך סטיינפלד. "כדי להפריד בין הפעילות המוחית הקשורה לצליל לבין זו הקשורה לתגובה, הכנסנו עיכוב קריטי של חצי שנייה. במהלך המרווח הזה, העכברים נאלצו לעכב את החלטתם. באופן מכריע, העיכוב הזה אפשר לנו להפריד זמנית בין פעילות מוחית הקשורה ל הגירוי מזה המקושר לבחירה, ועקוב אחר האופן שבו אותות עצביים הקשורים לתנועה התפתחו לאורך זמן מהקלט החושי הראשוני".
"כדי לנתח ייצוגים עצביים של גירוי ובחירה, היה חשוב גם לתכנן ניסוי מאתגר מספיק כדי לאפשר לעכברים לעשות טעויות. אחוז הצלחה של 100% יטשטש את ההבחנה בין גירוי לבחירה, שכן כל גירוי תמיד יעורר את אותה תגובה. על ידי יצירת פוטנציאל לשגיאות, נוכל להפריד בין הקידוד העצבי של הצליל לבין ההחלטות שהתקבלו". למשל, במקרים שבהם העכברים שמעו את אותו הטון אך קיבלו החלטות שונות (נכונות או לא נכונות), הם יכלו לבחון אם פעילות הנוירון השתנתה בין שתי הפעולות. אם כן, זה יצביע על כך שהנוירון קידד מידע על הנוירון. בְּחִירָה.
קשרים עמוקים
לאחר שישה חודשים של אימונים קפדניים, החוקרים יכלו סוף סוף להתחיל לתעד פעילות עצבית בעכברים בזמן שהם ביצעו את המשימה. הם התמקדו בקליפת המוח השמיעתית, החלק בקליפת המוח שאחראי לעיבוד מה שאנו שומעים, שכבר הראו שנדרש למשימה. "קליפת המוח של עכברים ובני אדם מורכבת משש שכבות, שלכל אחת מהן פונקציות מיוחדות וקשרים מובהקים לאזורי מוח אחרים", מסביר אלפונסו רנארט, חוקר ראשי ומחבר בכיר של המחקר. "בהתחשב בכך ששכבות מסוימות מקבלות בדרך כלל מידע חושי מאזורי מוח, בעוד שאחרות שולחות קלט למרכזים מוטוריים, תיעדנו בו-זמנית פעילות על פני שכבות קליפת המוח השמיעתי, בפעם הראשונה במשימה כמו שלנו, שבה אותות תחושתיים ומוטוריים. ניתן להפריד בצורה נקייה".
"מצאנו שאותות הקשורים לחושים ולבחירה הציגו דפוסים מרחביים וזמניים ברורים", ממשיך רנארט. "אותות הקשורים לזיהוי קול הופיעו במהירות אך דעכו מהר, נעלמו בסביבות 400 אלפיות השנייה לאחר הצגת הצליל, והופצו בצורה רחבה על פני כל השכבות הקורטיקליות. לעומת זאת, אותות הקשורים לבחירה, המעידים על התנועה שהעכבר עומד לעשות, הופיעו מאוחר יותר, לפני ביצוע ההחלטה, והיו מרוכזים בשכבות העמוקות של הקורטקס".
עם זאת, למרות ההפרדה הזמנית בין גירוי לפעילות בחירה, ניתוח נוסף גילה קשר מסקרן: נוירונים שהגיבו לתדר צליל ספציפי נטו להיות פעילים יותר גם עבור הפעולות הקשורות לאותם צלילים. כפי שמסביר סטיינפלד, "לדוגמה, נוירון שמגיב לתדרים גבוהים עשוי להפעיל יותר עבור ללקק ימינה בעכבר אחד וליקוק שמאלה בעכבר אחר, בהתאם לאופן שבו כל אחד מהם אומן, מכיוון שהחלפנו את קצב פעולת הקול. השונות הזו על פני בעלי חיים שונים מראה שהפעילות אינה קשורה לחיבורים, אלא מסתגלת באמצעות ניסיון. הנוירונים הללו לומדים להגביר את הפעילות שלהם לכל פעולה שמתאימה על סמך תדר הקול המועדף עליהם.
אותות מקור ותפקיד הבחירה
אז מה יכול להיות המקור של אותות הבחירה הללו בקליפת המוח השמיעתית? "מעניין", מציין רנרט, "נראה שהאותות החושיים המוקדמים בקליפת השמיעה אינם מנבאים את הבחירה הסופית של העכברים, ואותות הבחירה מופיעים מאוחר יותר. זה מצביע על כך שהאותות החושיים בקליפת השמיעה אינם גורמים ישירות פעולות העכברים, ושאותות הבחירה שאנו רואים מחושבים ככל הנראה במקום אחר באזורי מוח גבוהים יותר המעורבים בתכנון או ביצוע תנועות, שלאחר מכן שולחים את המשוב שלהם לקליפת השמיעה".
אבל אם אותות התנועה האלה לא מכתיבים פעולות, איזה תפקיד הם יכולים למלא? אולי הם משמשים בעיקר לשילוב והעברת מידע. למשל, האותות הללו יכולים להתאים את תפיסת המוח כדי להתאים להחלטה המתגלגלת, ולשפר את היציבות של מה שאנו תופסים. לחלופין, הם יכולים לקדם את המוח לתוצאות החושיות הצפויות של פעולות, כמו הרעש שנוצר מתנועה, כדי להבטיח שהחוויות החושיות שלנו תואמות את התנועות שלנו.
עם זאת, השערות אלו נותרו לאימות. "אפשר לתהות, אם האותות התחושתיים של קליפת השמיעה אינם מודיעים ישירות לבחירות, ואותות הבחירה שאנו רואים שם אינם מופקים בפועל על ידי זה, אז מה בדיוק המטרה של קליפת השמיעה?", מהרהר רנרט . "יכולנו לשער שקליפת השמיעה עוסקת יותר בבניית חוויה מודעת של צליל מאשר בטרנספורמציה חושית-מוטורית, אבל זה סיפור ליום אחר".
ובכל זאת, לא ניתן לשלול תפקיד סיבתי, במיוחד מכיוון שהשכבות העמוקות יותר של קליפת השמיעה מעבירות מידע לסטריאטום האחורי, חלק ממרכז הבקרה של המוח על הרגלים ותנועות. מחקרים עתידיים ישאפו לאתר את המקורות המדויקים של אותות תנועה אלה והאם הם אכן סיבתיים להתנהגות. לעת עתה, אנו יכולים להוסיף עוד חלק לפאזל של האופן שבו מוחות ממירים תפיסה לפעולה, והמנגנונים הפנימיים הפועלים בפעם הבאה שתשמעו צעדים בלילה.
