תחושת הכיוון שלנו חיונית ליכולתנו לנווט בעולם שסביבנו. הוא פועל כמצפן הפנימי של המוח כדי לעזור לנו למצוא את דרכנו, ולא פחות חשוב מכך, כדי לדרבן אותנו לשנות מסלול כאשר אנו הולכים בכיוון הלא נכון.
עם זאת, למרות גוף גדול של מחקרים על אופן פעולת הניווט במוח, למדענים עדיין אין הבנה ברורה כיצד המצפן הפנימי הזה מנחה התנהגות ישירות.
כעת, מחקר שנערך בזבובי פירות והובל על ידי חוקרים בבית הספר לרפואה של הרווארד מציע תובנות חדשות לגבי האופן שבו שני אזורי מוח נפרדים -; מושב המצפן ומרכז ההיגוי -; לתקשר במהלך הניווט.
הממצאים מתפרסמים ב-7 בפברואר ב טֶבַע.
במחקר, החוקרים בחנו את מוחם של זבובי פירות שהופלו ממסלולם בזמן שהם רצים לכיוון מסוים. הם גילו ששלוש קבוצות ברורות של נוירונים מאפשרות תקשורת בין המצפן לאזורי ההיגוי של המוח ופועלות יחד כדי לעזור לטיסה לתקן את מסלולו. תוך כדי כך, הנוירונים מתרגמים אותות מהמצפן הפנימי של זבוב להתנהגות כדי לשמור עליו לנוע בכיוון הנכון.
עד עכשיו אף אחד לא באמת ידע איך חוש הכיוון, שהוא מצב קוגניטיבי פנימי, קשור לפעולות שחיה עושה בעולם".
רייצ'ל ווילסון, סופרת בכירה, פרופסור ג'וזף ב' מרטין למחקר בסיסי בתחום הנוירוביולוגיה במכון בלווטניק ב-HMS
למרות גודלם הקטן, לזבובי הפירות יש מוח והתנהגויות מסובכות -; ולפיכך הממצאים יכולים לספק בסיס למחקרים עתידיים על האופן שבו אותות במוח הופכים לפעולות במינים מורכבים יותר, כולל בני אדם.
נשאר על המסלול
לבני אדם ולבעלי חיים מורכבים אחרים יש מצפן פנימי העשוי מתאי מוח המשתמשים במידע פנימי וחיצוני כדי ליצור תחושת כיוון. בזבובי פירות, מדענים הבינו שהתאים האלה -; הנקראים תאי כיוון ראש -; מסודרים במעגל, מה שהופך אותם לקלים במיוחד ללימוד.
בניגוד למה שמרמז שמם, זבובי הפירות מבלים יותר זמן בהליכה מאשר בטיסה. מחקרים קודמים הראו שבזמן שהזבובים מסתובבים, תאים אלה בכיוון הראש עוקבים באופן פעיל אחר תנועות הסיבוב שלהם, כמו פנייה ימינה או שמאלה.
במחקר החדש, וילסון ועמיתיו רצו לחקור כיצד מצפן זה מחובר פונקציונלית לאזור ההיגוי של המוח כדי להבין כיצד הוא מנחה את הניווט. לשם כך, הם השתמשו בתרשים חיווט קיים של כל קשר עצבי במוח זבוב הפירות כדי לבנות מודל חישובי של האופן שבו אזורים אלה עשויים להיות מקושרים. בעזרת מודל זה, הם הצליחו לזהות ולבצע תחזיות לגבי שכבת הנוירונים המחברת בין שני האזורים.
כדי לאמת את התחזיות שלהם, החוקרים ניתחו את הפעילות בשכבת הנוירונים שזוהתה על ידי המודל כשהזבובים מסתובבים בסביבת מציאות מדומה. לעתים קרובות, זבובים רצו ישר בכיוון אקראי, ככל הנראה במאמץ להימלט מהסביבה שלהם. כשהעולם הווירטואלי שלהם סובב כדי להזיז אותם מהמסלול, הזבובים תוקנו במהירות. באופן מעניין, תיקוני המסלול הללו בוצעו על ידי שלוש קבוצות נפרדות של נוירונים: שתי קבוצות של נוירונים דחפו את הזבוב ללכת ימינה או שמאלה, ואחת הוציאה אות להסתובב לחלוטין.
"אתה יכול לחשוב על שלוש קבוצות הנוירונים האלה כעל שלושה זקיפים השומרים על טירה", אמר ווילסון, "כאשר כל אחד מהם אחראי למעקב בכיוון אחר ולהנחות את התיקון הדרוש כדי לשמור על הזבוב לנוע לעבר מטרתו".
הממצאים מסבירים כיצד זבובי פירות משתמשים בחוש הכיוון שלהם כדי להעריך היכן הם נמצאים ביחס למטרה וכיצד הם משתמשים בהערכה זו כדי להתאים את התנהגותם.
"זהו תיאור ממש קונקרטי של איך עובד תהליך קוגניטיבי מסובך וכיצד הוא מייצר התנהגויות ספציפיות ומודרכות בזמן אמת", אמר ווילסון.
הממצאים משלימים מחקר שני, שפורסם גם הוא ב טֶבַע ב-7 בפברואר ובהובלת צוות נפרד של חוקרים מאוניברסיטת רוקפלר, שמתאר חלקים מאותו מעגל עצבי בזבובי פירות.
יחד, שני המחקרים מספקים הבנה מלאה עוד יותר כיצד חוש הכיוון מתורגם להתנהגות אצל בעלי החיים.
נקודת פתיחה חזקה
ווילסון אמרה שלתצפיות הצוות שלה יש השלכות מעבר לזיהוי הקשרים בין המצפן של המוח ואזורי ההיגוי. הממצאים מספקים רמזים חשובים לגבי הפורמט והמיקום של מטרות הניווט במוח -; ועשויה לסלול את הדרך להבנה כיצד מאוחסנים סוגים אחרים של מטרות.
"אני חושב שנגענו באחד ההיבטים המסתוריים ביותר של תפקוד המוח, שהוא האופן שבו אנו מחזיקים מידע וכוונות במוחנו בצורה סמויה ואז פועלים לפיהם", אמר ווילסון והוסיף כי אפילו לחרקים יש את היכולת הזו. . "בעתיד, אנחנו הולכים לחקור איך זה עובד".
וילסון מעוניין גם ללמוד עוד על שלוש קבוצות הנוירונים שהמחקר זיהה -; והאם קיימות ברשתות מוח אחרות קבוצות אנלוגיות של נוירונים המיועדות להתאמות עדינות וגסות.
"יש לנו תחושה שזהו למעשה העיקרון העיקרי של תפקוד המוח ועשוי להסביר הרבה מסלולים מיותרים לכאורה במוח", הסביר וילסון.
וילסון הוסיף כי מכיוון שלזבובי הפירות יש מוחות והתנהגויות מורכבות, הם מהווים נקודת התחלה טובה לחקר היבטים של קוגניציה הקיימים במינים מסדר גבוה יותר כמו עכברים או בני אדם.
"על ידי הבנת מערכת במוח קטן אחד, אני חושבת שהתקדמנו חשוב לקראת יצירת השערות ברורות לגבי האופן שבו היא עשויה לפעול במוחות מסובכים יותר", אמרה. "בשלב זה, אני לא רואה סוף ברור לדמיון בין המינים".
