בבני אדם, תהליך הלמידה מונע על ידי קבוצות שונות של תאים במוח היורים יחד. למשל, כאשר הנוירונים הקשורים לתהליך הזיהוי של כלב מתחילים לירות בצורה מתואמת בתגובה לתאים המקודדים את התכונות של הכלב -; ארבע רגליים, פרווה, זנב וכו' -; ילד צעיר יוכל בסופו של דבר לזהות כלבים קדימה. אבל חיווט המוח מתחיל לפני שבני אדם נולדים, לפני שיש להם חוויות או חושים כמו ראייה להנחות את המעגל הסלולרי הזה. איך זה קורה?
במחקר חדש שפורסם ב-15 באוגוסט ב מַדָעחוקרי ייל זיהו כיצד תאי מוח מתחילים להתלכד לרשת קווית זו בהתפתחות מוקדמת לפני שלניסיון יש סיכוי לעצב את המוח. מסתבר שפיתוח מוקדם מאוד עוקב אחר אותם כללים כמו פיתוח מאוחר יותר -; תאים שיורים יחד חוטים יחד. אבל במקום לחוות להיות הכוח המניע, זו פעילות סלולרית ספונטנית.
"אחת השאלות הבסיסיות שאנו חותרים היא כיצד המוח מתחבר במהלך הפיתוח", אמר מייקל קרייר, מחבר בכיר שותף של המחקר והפרופסור וויליאם זיגלר השלישי למדעי המוח בבית הספר לרפואה של ייל. "מהם הכללים והמנגנונים השולטים בחיווט המוח? הממצאים הללו עוזרים לענות על השאלה הזו."
לצורך המחקר, החוקרים התמקדו בתאי גנגליון רשתית עכברים, היוצאים מהרשתית לאזור במוח הנקרא קוליקולוס העליון, שם הם מתחברים לנוירוני המטרה במורד הזרם. החוקרים מדדו בו-זמנית את פעילותו של תא גנגליון רשתית בודד, את השינויים האנטומיים שהתרחשו באותו תא במהלך ההתפתחות, ואת פעילות התאים הסובבים בעכברים ערים של יילודים שעיניהם טרם נפתחו. ניסוי מורכב מבחינה טכנית זה התאפשר על ידי טכניקות מיקרוסקופיה מתקדמות וחלבונים פלורסנטים המעידים על פעילות תאים ושינויים אנטומיים.
מחקרים קודמים הראו שלפני שחוויה חושית יכולה להתרחש -; למשל, כשבני אדם נמצאים ברחם או, בימים שלפני שעכברים צעירים פותחים את עיניהם -; פעילות עצבית שנוצרת באופן ספונטני מתאם ויוצרת גלים. במחקר החדש, חוקרים מצאו שכאשר פעילותו של תא גנגליון בודד ברשתית הייתה מסונכרנת מאוד עם גלים של פעילות ספונטנית בתאים הסובבים, האקסון של התא הבודד -; החלק בתא שמתחבר לתאים אחרים -; הצמיחה ענפים חדשים. כאשר הפעילות הייתה מסונכרנת בצורה גרועה, ענפי האקסון בוטלו במקום זאת.
זה אומר לנו שכאשר התאים האלה יורים יחד, האסוציאציות מתחזקות. ההסתעפות של האקסונים מאפשרת ליצור יותר קשרים בין תא הגנגליון ברשתית לבין הנוירונים החולקים את הפעילות המסונכרנת במעגל הקוליקולוס העליון".
ליאנג ליאנג, מחברת בכירה של המחקר ועוזרת פרופסור למדעי המוח בבית הספר לרפואה של ייל
ממצא זה בא בעקבות מה שמכונה "שלטון הֶב", רעיון שהועלה על ידי הפסיכולוג דונלד הב ב-1949; באותה תקופה הציע הב כי כאשר תא אחד גורם שוב ושוב לתא אחר לירות, הקשרים בין השניים מתחזקים.
"הכלל של האב מיושם לא מעט בפסיכולוגיה כדי להסביר את הבסיס המוחי של למידה", אמר קרייר, שהוא גם סגן הפרובוסט למחקר ופרופסור לרפואת עיניים ולמדעי הראייה. "כאן אנו מראים שזה חל גם במהלך התפתחות מוחית מוקדמת עם דיוק תת תאי."
במחקר החדש, החוקרים הצליחו גם לקבוע היכן בתא יש סיכוי גבוה להתרחש היווצרות ענפים, דפוס שהופרע כאשר החוקרים הפריעו לסנכרון בין התא לבין הגלים הספונטניים.
פעילות ספונטנית מתרחשת במהלך התפתחות במספר מעגלים עצביים אחרים, כולל בחוט השדרה, בהיפוקמפוס ובשבלול. בעוד שהדפוס הספציפי של הפעילות הסלולרית יהיה שונה בכל אחד מאותם אזורים, כללים דומים עשויים לשלוט באופן שבו החיווט הסלולרי מתרחש במעגלים אלה, אמר קרייר.
בהמשך, החוקרים יחקרו האם דפוסי הסתעפות האקסונים הללו נמשכים לאחר פתיחת עיניו של עכבר ומה קורה לנוירון המחובר במורד הזרם כאשר נוצר ענף אקסון חדש.
"מעבדות קרייר וליאנג ימשיכו לשלב את המומחיות שלנו בפיתוח מוח והדמיה של תא בודד כדי לבחון כיצד ההרכבה והחידוד של מעגלי המוח מונחים על ידי דפוסים מדויקים של פעילות עצבית בשלבי התפתחות שונים", אמר ליאנג.
המחקר נתמך בחלקו על ידי מכון קוולי למדעי המוח בבית הספר לרפואה ייל.
