בין אם מדברים, נוהגים או מנגנים בכלי, כמעט כל דבר שאנו עושים דורש שליטה מדויקת בתזמון הפעולות שלנו. כאשר אנו לומדים מיומנויות חדשות, עלינו ללמוד לא רק אילו תנועות לעשות אלא כיצד לתזמן אותן במדויק. מדענים ב-MPFI זיהו כעת את תאי המוח הספציפיים שעוצבו מחדש כדי ללמוד תזמון תנועה. בעוד שכמעט כל תאי המוח יכולים לחוט מחדש, מחקר זה מראה שהם אינם מיותרים. במקום זאת, הם ממלאים תפקידים ספציפיים בעיצוב המוח במהלך הלמידה.
גישה חדשנית
ההבנה של אילו תאי עצב מחדש ואיזה תפקיד הם ממלאים בלמידה הייתה המניע העיקרי של מדעני MPFI Shouvik Majumder והידהיקו Inagaki, שהובילו את המחקר שפורסם לאחרונה ב- תקשורת טבע. עם זאת, דרכים מסורתיות ללימוד למידה לא סיפקו מידע זה.
היה לנו ידע טוב על האופן שבו פעילות המוח משתנה במהלך הלמידה לעצב תזמון תנועה, אבל כדי להבין באמת איך המוח לומד היינו צריכים דרך לבדוק כיצד החיווט מחדש של נוירונים ספציפיים משנה את הפעילות וההתנהגות של המוח."
שוביק מג'ומדר, מדען MPFI
הצוות יצא לענות על שאלה מרכזית זו על ידי לימוד עכברים כשהם למדו לשנות את תזמון התנועות שלהם. הם אימנו עכברים להמתין משכים ארוכים יותר ויותר לאחר צליל לפני שהחזירו פרס. בזמן שהעכבר למד, המדענים תיעדו את הפעילות החשמלית של אלפי נוירונים בקורטקס הפרה-מוטורי, אזור במוח שאחראי על תזמון התנועה. הם גילו שכשהעכבר לומד לעכב תנועה, דפוסי הפעילות המוחית באזור זה משתנים.
אבל שאלת המפתח הייתה האם חיווט מחדש בנוירונים מסוימים הניע את השינויים הללו. ואם כן, האם כל נוירון עיצב את התבניות הללו באותו אופן, או שמא נוירונים שונים מילאו תפקידים שונים?
כדי לענות על שאלות אלה, המדענים השתמשו בכלים כדי לכבות מכונות חיווט מחדש בנוירונים ספציפיים במהלך הלמידה. במקביל, הם תיעדו דפוסי פעילות באזור זה ועקבו אחר התנהגות העכבר. גישה זו אפשרה להם לקשר בין חיווט מחדש בסוגי תאים ספציפיים לשינויים בדפוסי הפעילות של המוח המתווכים למידה, קשר שקודם לכן היה קשה ליצור ישירות.
מציאת מפתח
בעוד שחיווט מחדש סינפטי אפשרי בכל סוגי התאים, הצוות מצא שזה לא ניתן להחלפה. חסימת מכונות החיווט מחדש בכיתה נוירונים אחת, הנקראת נוירונים בדרכי פירמידה (PT), הפסיקה ללמוד לחלוטין, בעוד שחסימה אותו בסוג אחר יותר שופע, הנקרא נוירונים תוך-טלנצפליים (IT), לא. בנוסף, חיווט מחדש בשתי תת-קבוצות נפרדות של נוירוני PT מילאו תפקידים משלימים בהתאמת התזמון המוטורי במהלך הלמידה.
הסופר הבכיר Hidehiko Inagaki מסביר, "גילינו שבעוד שהפלסטיות במוח נפוצה, היא לא מיותרת. הפלסטיות בסוגי תאים ספציפיים ממלאת תפקידים מדויקים שנדרשים לעיצוב פעילות עצבית ולהוביל לשינויים בהתנהגות".
הצוות מיישם כעת גישה זו כדי ללמוד היבטים אחרים של למידה מוטורית. הם מקווים שהעבודה שלהם מציעה תבנית עבור מדענים אחרים הלומדים למידה, ועוזרת להסביר כיצד חיווט מחדש בסוגי תאים ספציפיים מתאם סוגי למידה מגוונים. עם מחקר נוסף, מדענים עשויים להיות מסוגלים לאתר חסרונות לסוגי תאים עצביים ספציפיים.
