קליפת המוח הקדם-מצחית, אזור מוחי הקשור זה זמן רב ללמידה של התנהגויות גמישות יותר, יכול לפעמים לחסום את היכולת לחשוב מחוץ לקופסה, כך עולה ממחקר חדש בעכברים. Science Advances פרסמה את הממצא על ידי ביולוגים מאוניברסיטת אמורי.
זו תוצאה מפתיעה. הדגמנו כי עבור התנהגות נטורליסטית מסוימת בעכברים, קליפת המוח הקדם-מצחית חוסמת אימוץ אסטרטגיה חדשה וטובה יותר לפתרון בעיה. חשיבה מחוץ ל'קופסה' הפתגמית מחייבת דיכוי של חלק זה של קבלת החלטות ביצועיות במוח."
רוברט ליו, מחבר בכיר של המחקר ופרופסור אמורי לביולוגיה
הממצא עשוי לספק תובנות לגבי המנגנונים המעורבים במגוון הנוירוגי האנושי ובכמה הפרעות קוגניטיביות. זה מוסיף ניואנסים להבנת תפקידה של קליפת המוח הקדם-מצחית – שמתוארת לרוב כמערכת הניהול של המוח, המעורבת בשליטה בזיכרון העבודה, בקבלת החלטות, בחשיבה גמישה ובתגובות רגשיות.
התמקדות ברגע
בעלי חיים, כמו אנשים, דבקים לעתים קרובות במה שעבד היטב בעבר כדי להשיג מטרה – הידועה כאסטרטגיית ניצחון-הישאר. כאשר מגיעה אסטרטגיה חכמה יותר, באופן אידיאלי אתה לומד לאמץ אותה.
"אנלוגיה אחת היא ללמוד לשחק משחק, כמו פוקר", אומר קאי לו, המחבר הראשון של המאמר Science Advances ועמית בתר-דוקטורט במעבדת Liu.
שחקני פוקר חדשים, מסביר לו, מתמקדים יותר בהסתברויות מתמטיות וחשיבה על ערך הקלפים בידיהם ועל השולחן. למשחק אופטימלי, לעומת זאת, הם צריכים ללמוד להתאים את האסטרטגיה שלהם במהלך כל משחק, בהתבסס על רמזים עדינים של שחקנים אחרים, כדי להביא בחשבון את האפשרות של בלוף.
בעוד אסטרטגיה אחת מבוססת בעיקר על זיכרון, השנייה מסתמכת יותר על רמזים חושיים חיצוניים.
לימוד התנהגות טבעית
מעבדת Liu חוקרת את המקורות התפקודיים, המכניסטיים, ההתפתחותיים והאבולוציוניים של התנהגויות מעוררות גירוי. הוא משתמש בגירוי הקול במודל המעבדה של מכרסמים, המשלב טכניקות ניסיוניות, חישוביות וכימוגנטיות.
בדרך כלל, ניסויי מעבדה לחקר מנגנונים עצביים ללמידה מכוונים פשוט ליצירת קשרים חדשים על ידי חיזוק הצלחה או ענישה של כישלון. התפקיד של נטיות להנחות התנהגות בדרך כלל אינו נחשב.
מעבדת ליו רצתה להתעמק במנגנונים העצביים, כאשר עכבר לומד מאפס להחליף אסטרטגיית החלטה שחוקה היטב באסטרטגיית החלטה יעילה יותר. הם המציאו ניסויים המבוססים על התנהגות טבעית של העכברים – שליפת גורי עכברים עקורים כדי להחזיר אותם לקן.
"לנקבות העכברים יש אסטרטגיית ברירת מחדל לחיפוש הגורים, כנראה שנבנתה על בסיס אבולוציה וניסיון, שהיא רק כדי לחזור למקום שבו הם מצאו גור לאחרונה", אומר ליו. "אבל הם יכולים גם ללמוד לעשות טוב יותר על ידי מעקב אחר רמז צליל אמין שאומר להם היכן הם יכולים למצוא את הגור."
לומדים לשנות אסטרטגיה
כדי לחקור את המנגנונים העצביים מאחורי המעבר מאסטרטגיית ברירת המחדל הזו, החוקרים ערכו ניסויים באמצעות מבוך בצורת T. נקבת עכבר בוגרת הוצבה ב"קן" בבסיס ה"T", בעוד צליל מלאכותי התנגן כמעין מגדלור כדי למשוך את העכבר לזרוע הימנית או השמאלית של ה"T", מסמן היכן הנסיין יביא גור כדי לתגמל את הבחירה הנכונה.
כצפוי, נקבות העכברים הבוגרים יחזרו תחילה לזרוע ה-"T" שם הם מצאו גור בפעם האחרונה – אסטרטגיית ברירת המחדל, אסטרטגיית ניצחון-שהייה – ללא קשר למקום שבו היה הצליל. עם זאת, במהלך ניסויים חוזרים ונשנים, הם הראו שינוי אסטרטגיה הדרגתי, למדו לעקוף את ברירת המחדל הלא יעילה ולהשתמש ברמז הצליל כדי לבחור נכון את צד הצליל הראשון ולקבל את הגור מהר יותר. חצי מהקבוצה של 12 נשים בוגרות בניסויים עשו את השינוי הזה ביום הרביעי, בעוד שכולן למדו להשתמש בצליל ביום השמיני.
לעכברים הבוגרים הושתלו בדיקות סיליקון לקליפת השמיעה ולקליפת המוח הקדם-מצחית המדיאלית, כדי לאפשר לחוקרים לאסוף נתונים על האופן שבו נוירונים באזורי מוח אלו ירו בזמן שהעכברים ביצעו את משימת האחזור.
השתקת אזורים שונים במוח
לאחר מכן, נעשה שימוש בשיטות כימוגנטיות כדי להשתיק אזורים ספציפיים במוח אצל נקבות עכברים בוגרים – קליפת המוח השמיעתית בקבוצה אחת והקליפת הקדמית המדיאלית באחרת – והניסויים חזרו על עצמם.
התוצאות הראו שהשתקת קליפת המוח השמיעתית פגעה, אם כי לא ביטלה לחלוטין, את למידת הקול בהשוואה לבקרות. אסטרטגיית ה-win-stay נשארה חזקה ונמשכה בבעלי חיים שלא רכשו את האסוציאציה הקולית במלואה, אפילו לאחר שמונה ימי אימונים.
השתקת קליפת המוח הקדם-מצחית המדיאלית, למעשה האיצה את השימוש באסטרטגיית השמיעה, בניגוד לציפיות החוקרים שההחלטות שהתקבלו על ידי העכברים פשוט היו נשארות אקראיות יותר. רוב העכברים עם קליפת מוח פרה-מצחית מושתקת למדו את האסטרטגיה השמיעתית תוך יומיים או שלושה בלבד.
החוקרים שיקמו את הפעילות של הקורטקס הפרה-מצחתי המדיאלי בעכברים אלה וערכו מחדש את הניסויים. העכברים בחרו שוב באסטרטגיית ברירת המחדל. תוצאות אלו מאשרות עוד יותר כי הקורטקס הפרה-פרונטלי המדיאלי עוזר בעיקר לפרוס אסטרטגיית נצחון במקום לאפשר אימוץ של רמז הצליל היעיל יותר.
הרגלים ישנים מתים קשה
הממצאים מצביעים על כך שלמידת אסטרטגיה טובה יותר מחייבת התגברות על אזור מוח המקדם באופן פעיל הרגל ישן.
החוקרים משערים שהקורטקס הפרה-פרונטלי המדיאלי עוזר למוח להתמקד בחוויות העבר או בתוכניות עתידיות, מה שיכול להוסיף לאתגרים של פיתוח הרגל חדש.
לו משווה את זה ללימוד לדכא הרהורים ולהתמקד בצליל פעמון כדי להנחות מפגש מדיטציה. "במקום להיתקע בעבר או לחשוב על העתיד, אתה צריך להתמקד בהווה על ידי תשומת לב לרגע", הוא מסביר.
מעבדת Liu עורכת כעת מחקרים בעכברים שהגנים שלהם שונו כדי לשקף סמנים גנטיים הקשורים לאוטיזם בבני אדם. ניסויים אלה עשויים לספק תובנות נוספות לגבי תפקידה של קליפת המוח הקדם-מצחית המדיאלית במגוון נוירו.
החוקרים גם עובדים עם משתפי פעולה כדי לבדוק את המודל שלהם במשתתפים אנושיים בוגרים, תוך שימוש בטכניקות לא פולשניות של מדעי המוח. גירוי מגנטי טרנסגולגולתי, למשל, יכול לשמש כדי לווסת את הפעילות של תאי עצב באזורי מוח ספציפיים בבני אדם.
"בסופו של דבר, אנחנו רוצים לנסות לפתח פרדיגמה טיפולית – בהתבסס על הממצאים שלנו לגבי תפקידה של קליפת המוח הקדם-מצחית לעומת גירויים חיצוניים – כדי לראות אם היא עשויה להיות שימושית טיפולית עבור מטופלים עם הפרעות קוגניטיביות הקשורות לתפקוד ביצועי", אומר ליו.
מחברים שותפים של המאמר כוללים את קלווין וונג, לשעבר מומחה למחקר אמורי; ו-Chengcheng Yang, Lin Zhou, Yike Shi ומאיה קוסטלו, שעבדו על הפרויקט כסטודנטים לתואר ראשון של אמורי.
המאמר נתמך על ידי מענקים מהמכון הלאומי לבריאות בארה"ב (R01DC008343, P50MH100023).
