ד"ר שי סבח מהפקולטה לרפואה באוניברסיטה העברית, ממובילי המחקר שפורסם ב-Neuron: "הדעה הרווחת הייתה שכל תא עצב מתפקד כישות עצמאית. לעומת זאת, אנחנו מבינים עכשיו, שכל אחת מהסינפסות (צמתים שדרכם עוברים אותות בין תאים) מתפקדת באופן עצמאי. ניתן לתאר כל תא עצב בתור גוף עם מאות או אלפי זרועות (סינפסות), כשכל אחת מהזרועות יכולה לבצע פעולה אחרת לחלוטין, כמעט ללא תלות בזרועות שמסביבה"
אותות עצביים המגיעים לקצות תא העצב, מעובדים בגוף התא ומועברים לתאי עצב אחרים באמצעות צמתים קטנים, הנקראים סינפסות. במשך עשרות שנים, ההנחה הרווחת הייתה שהפעילות בגוף התא דומה לפעילות בכל אחת מהסינפסות שלו, אולם מחקר חדש של ד"ר שי סבח מהפקולטה לרפואה באוניברסיטה העברית ופרופ' קיסוקה יונהרה מהמחלקה הביו-רפואית באוניברסיטת ארהוס, שפורסם בכתב העת המדעי היוקרתי Neuron, שינה את התפיסה הקיימת. החוקרים הראו לראשונה כי סינפסות שונות של אותו תא עצב יכולות לשלוח פיסות מידע שונות, כך שלמעשה תא עצב בודד יכול לשלוח מידע שונה למספר רב של תאי עצב. כלומר, החוקרים הראו שהארגון הייחודי של הסינפסות מאפשר לבצע מספר רב של חישובים בו זמנית על ידי תא עצב בודד, ולייצר גיוון עצום בסוג ובכמות המידע המועבר הלאה. גילוי המנגנון הזה עשוי לאפשר למחקרים עתידיים להסביר תופעות רבות אחרות של מערכת העצבים שעדיין לא פוענחו.
החוקרים השתמשו במעגל עצבי ברשתית עכבר המתמחה בגילוי של כיוון התנועה כמערכת מודל. ברשתית, גלאים הנקראים פוטורצפטורים בולעים את האור הנכנס לתוך העין, וממירים אותו לאותות חשמליים. אותות אלה מועברים לאחר מכן לתאי רשתית אחרים, הנקראים תאים דו-קוטביים. תאים אלו נושאים את האות, וכמו רצים במרוץ שליחים, מעבירים את האות דרך סינפסות לתאי עצב אחרים שמדווחים את כיוון התנועה למוח – תאים אלה נקראים תאי גנגליון. תאי הגנגליון פועלים נמרצות כאשר עצמים נעים בשדה הראייה בכיוון אחד, אך אינם פועלים כלל כאשר עצמים נעים בכיוון הפוך. התאים הדו-קוטביים, נתפשו עד כה כשליחים בלבד, המעבירים מסר מהגלאים לתאי הגנגליון, ומשם ליעדו במוח.
מחקרים קודמים מדדו את סך כל האותות שתא דו-קוטבי שולח דרך הסינפסות שלו, ומצאו שסכום זה דומה מאוד לאות שנמדד מגוף התא. לעומת זאת, במחקר הנוכחי מצאו פרופ' יונהרה וד"ר סבח כי הרושם הזה מסתיר תקשורת מעניינת הרבה יותר בין תאי הרשתית. ראשית, על-ידי מדידת הפעילות של כל אחת מהסינפסות בנפרד, נחשף כי כל סינפסה התנהגה אחרת. שנית, החוקרים גילו שחלק מהסינפסות היו רגישות לכיוון התנועה - הן פעלו רק כשהעצם הנצפה נע בכיוון מסוים. להפתעתם, גילו החוקרים שכל תא דו-קוטבי שנבדק כלל ארבע אוכלוסיות של סינפסות, כל אחת עם כיוון תנועה מועדף אחר - למעלה, למטה, קדימה או אחורה.
ידוע שגירוי עצבי יכול להגביר או להנמיך את רמת הפעילות של סינפסות, אבל נראה שהסינפסות בתאים הדו-קוטביים הרבה יותר מתוחכמות – הן מראות רגישות מיוחדת לכיוון תנועה מסוים. החוקרים גם גילו את המנגנון שאיפשר חישוב ייחודי לכל סינפסה שכזאת, ונראה שהמנגנון מבוסס על השוואה בין אותות שנקלטים משני סוגים נוספים של תאי עצב, שכל אחד מהם משתמש בחומר כימי אחר (הנקרא נוירוטרנסמיטר). ממצאים אלה חשפו כי הרגישות לכיוון התנועה מחושבת באופן עצמאי בכל אחת מהסינפסות, כך שתא דו-קוטבי יחיד יכול להעביר אותות על כיווני תנועה שונים לתאי גנגליון שונים. בנוסף לכך, התאים הדו-קוטביים קטנים יותר וצפופים יותר מתאי גנגליון ולכן, המצאות כל ארבע האוכלוסיות השונות של סינפסות, בכל אחד מהתאים הדו-קוטביים, מאפשרת לרשתית להבחין בהבדלים בכיוון התנועה של עצמים ברזולוציה גבוהה במיוחד, על פני כל שדה הראייה.
"מבחינה רעיונית, מחקר זה חושף יכולת חישובית גבוהה באופן בלתי צפוי של סינפסות בתאי העצב של יונקים, ומספק תובנות משמעותיות על האופן שבו ניתן ליצור מספר רב של אותות ייחודיים מתא עצב בודד", סיכם ד"ר סבח השבוע. "עד עתה, הדעה הרווחת הייתה שכל תא עצב מתפקד כישות עצמאית. לעומת זאת, אנחנו מבינים עכשיו, שכל אחת מהסינפסות, שמעבירות אותות לתאים אחרים, מתפקדת באופן עצמאי. באנלוגיה, ניתן לתאר כל תא עצב כגוף עם מאות או אלפי זרועות (סינפסות), כשכל אחת מהזרועות יכולה לבצע פעולה אחרת לחלוטין, כמעט ללא תלות בזרועות שמסביבה. גילויים אלה מהווים פריצת דרך וכיוון חדש בתחום חקר המוח".
העבודה האקדמית בוצעה על ידי שני צוותי מחקר, האחד כלל את אקיהירו מאצומוטו וסטלה סולווייג נולט מהמעבדה של פרופ' קיסוקה יונהרה באוניברסיטת ארהוס שבדנמרק, והשני כלל את ויאם אגבריה, רוואן אנדראוס, והדרה לוי מהמעבדה של ד"ר שי סבח בפקולטה לרפואה שבאוניברסיטה העברית.
לפרסום המדעי: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627321005183