זיכרונות ותהליכי למידה מבוססים על שינויים בקשרים הנוירונים של המוח וכתוצאה מכך בהעברת אותות בין נוירונים. בפעם הראשונה, חוקרי DZNE צפו בתופעה קשורה במוחות חיים – במיוחד בעכברים. מנגנון זה נוגע למחולל הפולסים הסלולרי לאותות עצביים ("הקטע הראשוני של האקסון") ולפני כן תועד רק בתרביות תאים ובדגימות מוח. צוות בראשות מדען המוח יאן גרונדמן מדווח על כך בכתב העת "Nature Neuroscience", לצד מומחים משוויץ, איטליה ואוסטריה. המחקר שלהם שופך אור על יכולתו של המוח להסתגל. בשלב הבא, החוקרים מתכוונים לחקור את המשמעות של ממצאים אלו במחלת אלצהיימר.
במוח, נוירונים מסתעפים ומתחברים זה לזה ליצירת רשת שדרכה מחליפים אותות חשמליים באופן פעיל. מבנה רשת זה הוא מרכיב חיוני ב"חומרה" של המוח ולכן הוא מהותי לתפקודו, במיוחד בכל הנוגע לתהליכי למידה ויצירת זיכרון. עם זאת, הארכיטקטורה המורכבת הזו והעברת האותות ברשת זו אינם קבועים; הם יכולים להשתנות כתוצאה מחוויות ואירועים. גמישות זו, המכונה גם "נוירופלסטיות", היא הבסיס ליכולת ההסתגלות של המוח.
קוצב עצבי
הפלסטיות הנוירונית תלויה במידה רבה ביכולת להתאים את עוצמת הקשרים והעברת האות בין נוירונים. אם ניקח בחשבון את התאים הללו כתחנות ממסר, "עוצמת הצימוד" שלהם קובעת באיזו יעילות מועברים אותות מתא אחד למשנהו ועד כמה הם מתפשטים בתוך הרשת הנוירונית. יאן גרונדמן, ראש קבוצת מחקר ב-DZNE ופרופסור באוניברסיטת בון, ועמיתיו לעבודה יכלו כעת לראות כיצד הקטע שיוצר את האות החשמלי משתנה. לרוב הנוירונים יש "מקטע ראשוני של אקסון" כזה, המאופיין בצפיפות גבוהה במיוחד של תעלות יונים ספציפיות. "הקטע הראשוני של האקסון קובע אם נוצר דחף עצבי או לא", אומר מדען המוח. "בזכות שיטות מיקרוסקופיה מיוחדות, שני חברי הצוות שלנו, קלואה בנואה ודן גאנה, הצליחו לעקוב אחר גודל המקטעים הללו במוח החי במהלך הלמידה – זו התחלה. עד כה, מקטעים ראשוניים של האקסון נמדדו בעיקר בתרביות תאים או בדגימות רקמה. כעת עקבנו אחריהם במוח במשך מספר ימים בהקשר של למידה".
לפעמים יותר, לפעמים קצר יותר
הממצאים מבוססים על מחקרים בעכברים: בניסוי התנהגותי, בעלי החיים למדו להגיב למצבים שונים – וכך למדו מהחוויות והזיכרונות שלהם והתאמתו את התנהגותם בהתאם. החוקרים צפו בתאי עצב בודדים בבעלי חיים חיים לפני ואחרי האימונים. הם הצליחו לאתר שוב ושוב תאי עצב ספציפיים ואת מקטעי האקסון הראשוניים שלהם וכך לתעד שינויים לאורך זמן. באופן ספציפי, הם בחנו אזור בקליפת המוח שידוע כמעורב בתהליכי למידה. "מצאנו שהמקטעים הראשוניים של האקסון של הנוירונים שנצפו שינו אורכם; הם התארכו או התכווצו", מסביר גרונדמן. "אורכו של המקטע הראשוני של האקסון קובע את ההתרגשות של נוירון. תאים עם מקטע ראשוני ארוך מייצרים פולסים חזקים יותר מאלה עם מקטע קצר. מנגנון זה יכול אפוא לווסת את פעילות המוח. איננו יודעים עדיין מדוע חלקים מסוימים הפכו ארוכים ואחרים קצרים יותר. יש להניח כי זהו מנוף בקרה מכריע להתאמה מיטבית של הפעילות הנוירונית".
מתג ראשי
המקטע הראשוני של האקסון הוא חלק מה"אקסון" – שלוחה דמוית סיבים של נוירונים שמעבירה דחפים חשמליים לתאים אחרים. בסוף, האקסון מסתעף מספר פעמים, ומאפשר לנוירון בודד ליצור קשר עם תאים רבים אחרים. ידוע כי נקודות המגע הללו – הנקראות "סינפסות" – משתנות גם במהלך היווצרות הזיכרון, ובכך משפיעות על העברת אותות עצביים. "אותות מועברים מנוירון אחד לאחר באמצעות סינפסות, אבל המקטע הראשוני של האקסון מחליט אם נוירון יורה וכמה חזק הפלט שלו יהיה. אז, במובן מסוים, זהו מתג ראשי. גם סינפסות וגם מקטעים ראשוניים של האקסון משפיעים על העברת האות בין נוירונים. שניהם אתרים של נוירופלסטיות. והמחקר שלנו מראה ששניהם יכולים להיות רלוונטיים ליצירת זיכרון", אומר. "למרות שחקרנו רק אזור מסוים במוח, אנו מניחים שבדומה לפלסטיות הסינפטית, שינויים דינמיים של המקטע הראשוני של האקסון הם עיקרון כללי הקשור ללמידה. אנו מתכננים לבחון תופעה זו באזורי מוח אחרים, במיוחד בהתייחס למחלות נוירודגנרטיביות".
מחקרים על אלצהיימר
"במחלת אלצהיימר, העברת האותות בין נוירונים נפגעת. לכן אנו מתעניינים, למשל, כיצד מרבצי החלבון האופייניים לאלצהיימר משפיעים על תפקוד המקטעים הראשוניים. ניתן ללמוד נושאים כאלה בעכברים שמפגינים תכונות מחלה דומות לאלו של אלצהיימר. זה יכול לעזור לשפר את ההבנה שלנו של תהליך המחלה ואולי לזהות נקודות כניסה לטיפולים עתידיים", אומר Gründmann.
