המוח יוצר 'מפות' פנימיות שיעזרו לנו לנווט וללמוד מהסביבה שלנו, אך כיצד מהווים מפות אלה נותרו אתגר להבין. כעת, מחקר שהובל על ידי Liset M. de la Prida במרכז Cajal Neurosciences (CNC-CSIC) במדריד, בשיתוף עם אימפריאל קולג 'לונדון, מציע פרספקטיבה רעננה על אופן קידוד המידע המרחבי והחוויוני בהיפוקמפוס, אזור מוח מפתח לניווט וזיכרון.
המחקר שפורסם היום ב עֲצָבוֹןמגלה ששני סוגים של נוירונים בהיפוקמפוס פועלים באופן משלים בעכברים כדי לייצר מפות מרחביות המתוחכמות יותר והסתגלות יותר ממה שחשבו בעבר. הממצאים פותחים דרכים חדשות להבנת האופן בו המוח מעבד ומייצג מידע מרחבי, ויכולים להיות בעלי השלכות על ההתפתחות העתידית של טיפולים על הפרעות נוירולוגיות הקשורות לזיכרון ולאוריינטציה, כמו כמו במחלת אלצהיימר.
החוקרים מצאו כי שני תת -אוכלוסיות מובחנות של נוירונים פירמידאליים, המסווגים כשטחיים ועמוקים על סמך מיקומם בהיפוקמפוס, מגיבים באופן שונה במהלך התנועה והסיבוב, ומאפשרים למוח לייצר ייצוגים גיאומטריים משלימים.
המחקר מראה כי נוירונים פירמידאליים עמוקים מגיבים לשינויים מקומיים, כמו מיקום הרהיטים בחדר. לעומת זאת, נוירונים פירמידאליים שטחיים שומרים על ייצוג מרחבי יציב יותר, המתמקד בתכונות גלובליות כמו אוריינטציה של חלונות או דלתות. יציבות זו חיונית לשמירה על התייחסות עקבית של הסביבה.
מחקר זה נבנה על מחקרים המוכרים עם פרס נובל לשנת 2014 שהוענק למאי-בריט ואדוארד מוזר, יחד עם ג'ון אוקיף, על תגליותיהם על תאי מקום ורשת, המהווים את הבסיס למערכת המיקום של המוח. הממצאים של ליסט מ. דה לה פרידה מתרחבים על תגליות אלה, ומציעים הבנה מעמיקה יותר של האופן בו ההיפוקמפוס מקודד ומעבד מידע מרחבי על ידי שילוב מסגרות התייחסות שונות.
מרחב, מהירות וכיוון
כדי ללמוד ייצוגים אלה, הצוות השתמש במסדרונות פשוטים דמויי מבוך עם רמזים חזותיים ומישושיים, שבהם עכברים יכלו לרוץ קדימה ואחורה. הם גילו שנוירונים בשכבה עמוקה היו מכוונים יותר לחלל, למהירות ולכיוון התנועה מאשר נוירונים בשכבה שטחית. מעניין לציין כי נוירונים עמוקים הגיבו לציוני דרך הסמוכים, ואילו נוירונים שטחיים היו מכוונים יותר לרמזים חזותיים בסביבת החדר הרחבה יותר.
נוירונים בהיפוקמפוס יוצרים ייצוגים מרחביים מופשטים הפועלים כמפה, המאפשרים אוריינטציה וזיכרון של חוויות עבר. עד כה לא היה ברור כיצד סוגי עצב שונים תרמו למפות מופשטות אלה, שכן ייצוגים אלה נובעים מפעילות קולקטיבית. זה כמו לנסות לקבוע אילו מוזיקאים בתזמורת אחראים לקצב ואשר למנגינה-בעוד שכולם תורמים, חלקם ממלאים תפקידי מפתח בתוצאה הסופית. "
ליסט מ. דה לה פרידה
הפריצה התאפשרה על ידי טכניקות הדמיה מתקדמות המאפשרות הדמיה בו זמנית של מאות נוירונים מכל סוג. "השתמשנו בשני חיישנים בצבעים שונים כדי לעקוב אחר הפעילות של תאים שטחיים וגם עמוקים בזמן אמת", מסביר חואן פבלו קווינטנילה, המחבר המשותף האחראי לניסויים אלה. טכניקת הדמיה סלולרית מיקרואנדוסקופית זו הוקמה לראשונה בספרד במרכז Cajal Neurosciences של מועצת המחקר הלאומית הספרדית (CSIC).
מפות עודכנו בזמן אמת
חידוש מרכזי נוסף של המחקר היה השימוש בשיטות טופולוגיות-ענף מתמטיקה החוקר את המאפיינים של אובייקטים גיאומטריים-לפענח את המבנה של מפות עצביות מופשטות אלה. כאשר עכברים בחנו את המסדרונות, מפות ההיפוקמפוס שנוצרו על ידי פעילות של מאות נוירונים מכל תת-אוכלוסייה לקחו צורה של טבעות תלת מימדיות.
כאשר הסביבה משתנה-כמו לאחר סידור מחדש של ריהוט בחדר נוירונים פירמידאליים עמוקים ושטחיים מגיבים אחרת. זה מאפשר למוח לעדכן את המפה המרחבית שלו תוך שמירה על מידע קוהרנטי וגמיש אודות מיקום ואוריינטציה למרות שינויים חיצוניים.
ייצוגים מרחביים שונים אלה (מקומיים לעומת גלובליים) מתקיימים יחד במקביל בהיפוקמפוס. יכולת זו לשמור על מסגרות התייחסות מרובות בו זמנית היא תכונה מדהימה של מפות קוגניטיביות.
"המפות שנוצרו על ידי שתי תת -האוכלוסיות העצביות הללו שזורות בשזורה, המייצגות גם מידע גלובלי (למשל, החדר) והן מקומיות (למשל, הרהיטים)", מסביר חוליו אספרזה, מהנדס ביו -רפואי האחראי לניתוחים הטופולוגיים.
כדי לבחון גמישות זו, החוקרים השתמשו בכימוגנטיקה כדי "שתיקה" זמנית סוגי תאים ספציפיים. "גילינו שנוכל לסובב את המפות המרחביות הפנימיות ולכוון מחדש את הטבעות על ידי השתקת נוירונים שטחיים או עמוקים באופן סלקטיבי", מסביר אספרזה.
ניתן להשתמש ביכולתו של המוח ליצור מפות נפשיות לשיפור הזיכרון, כמו בטכניקת 'ארמון הזיכרון'. שיטה זו עוזרת לאנשים לזכור מידע על ידי דמיון מקומות מוכרים, כמו הבית או השכונה שלהם, והצבת רעיונות נפשית במקומות שונים כדי להקל עליהם להיזכר.
הממצאים מצוות ה- CSIC פותחים דרכים חדשות להבנה כיצד המוח מתעבד ומייצג מידע מרחבי ויכולים להיות בעלי השלכות על פיתוח טיפולים עתידיים על הפרעות נוירולוגיות הקשורות לזיכרון, כמו מחלת אלצהיימר.
