לודוויג ואן בטהובן החל לאבד את שמיעתו בגיל 28 והיה חירש עד גיל 44. בעוד שהסיבה לאובדן השמיעה שלו נותרה נושא לוויכוח מדעי ולתיקון מתמשך, דבר אחד ברור: למרות אובדן השמיעה שלו, בטהובן מעולם לא הפסיק להלחין מוזיקה, ככל הנראה בגלל שהוא היה מסוגל לחוש את הרטט של כלי נגינה ו"לשמוע" מוזיקה דרך חוש המישוש, מאמינים החוקרים.
כעת מחקר של חוקרי בית הספר לרפואה בהרווארד יכול לעזור להסביר מה אפשר לבטהובן ולמוסיקאים אחרים לפתח חוש מגע מעודן להפליא לאחר איבוד שמיעתם.
הממצאים, מבוססים על ניסויים בעכברים ודווחו ב-18 בדצמבר תָאמציעים רמז חדש ומפתה כיצד ומדוע הפחתת חוש אחד מגבירה את השני. הם גם מוסיפים טוויסט חדש ומפתיע בהבנתנו כיצד המוח והגוף עובדים בסינכרוני כדי לעבד מספר תחושות בו זמנית.
המחקר מצביע על אזור במוח הנקרא colliculus התחתון -; עד כה למד בעיקר על תפקידו בעיבוד קול -; להיות מעורב גם בעיבוד אותות מגע, כולל רעידות מכניות שזוהו על ידי קצות עצבים על העור.
הניסויים של הצוות מגלים כי תנודות מכניות בתדירות גבוהה הנקלטות על ידי קולטנים מכנו-רצפטורים רגישים במיוחד בעור הנקראים גופיות פציניות אינן מועברות באופן בלעדי לקליפת המוח הסומטו-סנסורית -; האזור במוח שבו מעובדות תחושות הגוף. במקום זאת, מצא המחקר, האותות הללו מנותבים בעיקר מהגוף לקוליקולוס התחתון במוח התיכון.
"זהו ממצא מפתיע מאוד שנוגד את ההשקפה הקנונית של היכן וכיצד מעובדת תחושת המישוש במוח", אמר מחבר המחקר הבכיר דיוויד ג'ינטי, יו"ר המחלקה לנוירוביולוגיה ב-HMS וה-Edward R. and Anne G. Lefler. פרופסור לנוירוביולוגיה.
אנו מוצאים שאזור בקוליקולוס התחתון של המוח התיכון מעבד תנודות בין אם מדובר בתנודות בצורה של גלי קול הפועלים על האוזן הפנימית או תנודות מכניות הפועלות על העור. כאשר אותות רטט שמיעתיים ומכני מתכנסים באזור המוח הזה, הם מעצימים את החוויה החושית, מה שהופך אותה לבולטת יותר."
דיוויד ג'ינטי, יו"ר המחלקה לנוירוביולוגיה, בית הספר לרפואה בהרווארד
היכולת לזהות תנודות מאפשרת לאורגניזמים ברחבי ממלכת החיות לתפוס ולהגיב לשינויים עדינים בסביבתם כמו חישה והימנעות מאיומים, שהם קריטיים להישרדות. לדוגמה, נחשים מזהים תנועה של טרף ושל טורפים גם יחד על ידי לחיצת הלסתות שלהם אל הקרקע כדי לקלוט רעידות עדינות. היכולת לחוש תנודות היא גם מרכזית לפיתוח ועידון של התאמות מורכבות יותר, כגון חיווט עצבי מחדש של המוח המתרחש לאחר אובדן תחושה אחת כדי לשפר אחרת -; למשל, חוש השמיעה החריף יותר ויותר המתפתח לאחר אובדן ראייה.
חוקרים אומרים שהממצאים החדשים רלוונטיים במיוחד בהקשר האחרון הזה -; החיווט העצבי מחדש המתרחש לאחר אובדן חוש אחד. תובנות אלו עשויות להוביל לפיתוח של תותבות המגבירות את רגישות המישוש אצל אנשים עם אובדן שמיעה.
"מכשירים המעבירים צלילים לתנודות מישוש בטווח התדרים של פאצ'יניאן יכולים לספק לאנשים יכולת גבוהה יותר לתפוס ולחוות קול", אמרה ג'ינטי, שהיא גם חוקרת במכון הרפואי הווארד יוז. "אפשר למקם מכשירים כאלה מסביב לגוף ובקרבה לנוירונים של פציניאן כדי לאפשר תנודות מכניות מעוררות קול בתדרים שונים על פני הידיים, הזרועות, הרגליים, הרגליים והגוף."
גלאים רגישים להפליא של רעידות
הממצאים מדגישים את תפקידם של נוירונים פאציניאן כמרכיב חיוני של המערכת הסומטו-סנסורית. המבנה הייחודי והמשוכלל שלהם הוא המפתח לרגישות יוצאת הדופן שלהם. זה מאפשר להם לזהות אפילו את הרעידות המכניות הקלות ביותר. כל גוף פציאני מורכב מקצה עצב בודד במרכזו, מוקף בשכבות של תאים תומכים הנקראים תאים למלריים. השכבות דמויות הבצל של ממברנות התא הלמלרי פועלות כמו בולמי זעזועים, ומאפשרות לגוף הפצ'יניאן להגיב בצורה מדויקת ומהירה לרעידות בתדר גבוה תוך שיכוך הפרעות בתדר נמוך.
"האבולוציה מיקמה את הקולטנים הללו במקומות שונים ברחבי ממלכת החיות כדי להתאים לסביבות שונות", אמרה מחברת המחקר אריקה יואי, עמיתת מחקר במעבדת ג'ינטי. "אצל בני אדם, הקולטנים הללו ממוקמים עמוק בתוך העור של קצות האצבעות וכפות הרגליים, בעוד שלפילים, למשל, יש ריכוז גבוה בכפות הרגליים ובחדקיהם".
ואכן, מחקרים הראו שפילים מסוגלים לזהות תנודות סיסמיות זעירות דרך כריות כפות רגליהם ועור החדק שלהם. עם זאת, עד לאחרונה, מדענים לא הצליחו לתעד את הפעילות של נוירונים פציניים בבעל חיים ער ונעים בחופשיות, מה שהופך את זה למאתגר לקבל את התמונה המלאה של מידת הרגישות של הנוירונים הללו ואיזה גירויים מפעילים את הפעלתם.
מחקר קודם בראשות יוסף טורצ'ק, חוקר פוסט-דוקטורט במעבדת ג'ינטי, הראה כי נוירונים של פציניאן רגישים עד כדי כך שהם יכולים לזהות תנודות מכניות עדינות כמו אלו המופקות מתנועת אצבע על פני משטח, אפילו ממרחק של מטרים.
המחקר החדש מתבסס על העבודה הקודמת כדי לחקור כיצד אותות מגופי פציניאן מועברים ומעובדים במוח. החוקרים העבירו רעידות מכניות בתדרים משתנים לגפיים של עכברים או לפלטפורמה שעליה עמדו באמצעות ממריץ מכני, ובמקביל תיעדו את פעילות הנוירונים באזורי המוח המעורבים בעיבוד חושי.
כאשר השוו את התגובות של נוירונים הממוקמים בשני אזורי מוח נפרדים, החוקרים מצאו כי נוירונים בגרעין האחורי הגחון של התלמוס (VPL) -; תחנת ממסר למידע חושי לפני שהוא מגיע לקורטקס הסומטוסנסורי -; היו רגישים יותר לרעידות בתדר נמוך. לעומת זאת, נוירונים בקליפת המוח הצידית של הקוליקלוס התחתון הגיבו עדיפות לרעידות בתדר גבוה.
לחקור את תפקידם של שני סוגים של מכנורצפטורים בעור -; גופי פציניאן וגופי מייסנר -; לתגובות השונות של שני אזורי המוח לתנודות בתדר גבוה ונמוך, הצוות חקר עכברים מהונדסים גנטית שחסרים להם את גופי הפציניאן או את גופי מייסנר.
בעכברים ללא גופי פצ'יניאן, נוירונים בקוליקולוס התחתון הראו הפחתה ניכרת בתגובתם לרעידות בתדר גבוה, דבר המצביע על כך שגופי פצ'יניאן ממלאים תפקיד מפתח בהעברת רעידות בתדר גבוה לאזור זה.
כאשר החוקרים חשפו את העכברים לרעש לבן במקום לתנודות מכניות, הם גילו שגם נוירונים בקוליקולוס התחתון הגיבו, דבר המצביע על כך שאזור זה מעבד גירויים שמיעתיים וסומטו-חושיים כאחד.
"למעשה, ראינו כי נוירונים בקוליקולוס התחתון הגיבו חזק יותר לגירוי מישוש-שמיעתי משולב מאשר לכל אחד מהם לבדו", אמרה ג'ינטי.
השילוב הזה של צליל ומגע בקוליקולוס התחתון של המוח התיכון, אמר ג'ינטי, עוזר להסביר כיצד אנו יכולים לשמוע ולחוש פיזית את המוזיקה בקונצרט, מה שהופך את החוויה החושית המשולבת למעמיקה יותר.
מנקודת מבט אבולוציונית, תופעה זו ככל הנראה חיונית להישרדות, ולמידה נוספת עליה יכולה לסייע לטיפולים במצבים כמו אוטיזם ונוירופתיה כרונית, שבהן תפקוד לקוי מוביל לרגישות יתר למגע.
במחקרים עתידיים, החוקרים נרגשים גם לחקור האם ממצאים אלה הם רמז ליכולת ההסתגלות של המוח, ובמיוחד לחקור אם אורגניזמים מפתחים רגישות מוגברת לחישת רטט כמנגנון פיצוי במקרים של אובדן שמיעה.
