האם אוכלוסיית נוירונים זעירה יכולה להשפיע על עיבוד המידע במוח?

אפריל 27, 2020

 

המוח מורכב מתאי עצב (נוירונים) היוצרים ביניהם רשת סבוכה של קשרים. הנוירונים מבצעים חישובים מורכבים בעזרת אותות חשמליים, ומתקשרים ביניהם על ידי הפרשת מוליכים עצביים (נוירוטרנסמיטרים). רוב הנוירונים במוח מפרישים נוירוטרנסמיטר אחד בלבד, ובמקרים רבים, סוגו מגדיר את סוג הנוירון ואת תפקודו במוח.

 

חקר המוח השתנה ללא הכר בשנים האחרונות הודות לכלים גנטיים המאפשרים לסמן סוגי תאים שונים במוח ולשלוט בהם נקודתית. כלים אלה מאפשרים לחקור אוכלוסיות תאים מוגדרות – ללמוד את תפקודן התקין ואת ההשלכות של פגיעה בהן. נקודת המוצא היא שמחלות נוירולוגיות יכולות לנבוע מתפקוד לקוי של סוגי תאים מסוימים.

שיתוף פעולה בין המעבדות של ד"ר מיקי לונדון (www.mikilon.org), פרופ' חרמונה שורק (https://www.bio.huji.ac.il/he/node/7166) ופרופ' עדי מזרחי (https://elsc.huji.ac.il/faculty-staff/adi-mizrahi) הוביל לאפיון הפעילות של אוכלוסיית נוירונים המכונה אינטרנוירונים כולינרגיים קורטיקליים, או בקיצור VChIs, המהווים רק כ-0.5% מהתאים בקליפת המוח, אשר בעבר "פוספסו" וכמעט לא נחקרו.

תאים אלה מעניינים במיוחד משום שהם מסוגלים לשחרר שני נוירוטרנסמיטרים: אצטילכולין (Acetylcholine) וגאבא (GABA). גאבא הוא נוירוטרנסמיטר המעכב פעילות של תאים, ואילו אצטילכולין יכול הן לעכב והן לעורר פעילות בהתאם למאפייני התא אליו הוא נקשר. למרות מספרם הזעיר של תאים אלה, ציפו החוקרים שתהיה להם השפעה על הרשת העצבית בקליפת המוח, הן משום שקליפת המוח היא האזור המפותח ביותר אבולוציונית במוח, והן משום שאצטילכולין ידוע כמעורב בתהליכים קוגניטיביים גבוהים כמו קשב וזיכרון (לדוגמה, אצטילכולין מצוי בחסר משמעותי אצל חולים במחלת האלצהיימר).

המחקר המשותף נערך בקליפת המוח באיזור האחראי לעיבוד מידע מחוש המישוש. התמקדות באיזור זה אפשרה להראות כי תאי VChIs רגישים יותר בתגובה למגע מאשר התאים הסמוכים להם בקליפת המוח.

בנוסף, הצליחו החוקרים לאפיין את מקורות הקלט שלהם בעזרת שיטה גנטית העושה שימוש מחוכם בגרסה מהונדסת של וירוס הכלבת. השיטה מאפשרת לזהות מי הם התאים השולחים אותות לתאים הנחקרים, וכך התגלו קשרים חזקים בין תאי ה-VChIs לתאים מאיזור עמוק במוח (גרעין המצוי בתלמוס), החיוני לעיבוד מידע חושי.

לבסוף, כדי לבחון ישירות את תפקיד התאים הללו בעת עיבוד המידע, בדקו החוקרים כיצד משפיעה הפעלה מלאכותית שלהם על שאר התאים ברשת. לשם כך השתמשו החוקרים בכלי גנטי נוסף, אופטוגנטיקה, המאפשר להפעיל אוכלוסיות תאים מוגדרות באמצעות אור באורך גל ספציפי. כך התאפשר להפעיל את אוכלוסיית ה-VChIs ביתר, במקביל לגירוי חושי, ולבחון את תגובת הרשת לגירוי. כאשר הופעלו תאי ה-VChIs, תגובת התאים האחרים ברשת לגירוי הייתה חלשה יותר מאשר כשהתאים לא הופעלו, אך התופעה הזו התקיימה רק בטווח מסוים של עוצמות גירוי. לפיכך, הסיקו החוקרים כי התפקיד של נוירונים אלה הוא לא רק לעכב את התגובות של הרשת, אלא גם לאפשר לרשת להיות רגישה יותר לגירויים ספציפיים.

מחקר זה מדגים כי אפילו אוכלוסית תאים זעירה מסוגלת למלא תפקיד משמעותי בעיבוד המידע החושי במוח.

ניתן לקרוא את המאמר בקישור: https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3000613

נכתב על ידי אמיר דודאי מהמרכז למדעי המוח (ELSC) ומהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית.