המרחב מתחיל בתוכנו

מחקר חדש בטכניון שופך אור על “המפה הקוגניטיבית” המאפשרת לנו להתמצא במרחב ולנווט בו

פרופ’ דרדיקמן

במאמר שהתפרסם לאחרונה בכתב העת eLife מציגים חוקרים בטכניון גילויים חדשים הנוגעים ל”מפה הקוגניטיבית” במוח, המאפשרת לנו להתמצא במרחב ולנווט בו. המחקר נערך על ידי ידידיה דורדק, במסגרת עבודת המאסטר שלו בהנחיית פרופ’-משנה דרדיקמן מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט ופרופ’ רון מאיר מהפקולטה להנדסת חשמל בטכניון, ובשיתוף ד”ר דניאל סודרי. במוקד המחקר: היחסים בין תאי הגריד ותאי המקום במוח.

תאי המקום (Place Cells) ותאי הגריד (Grid Cells) לדברי פרופ’ דרדיקמן, “מתברר ששני סוגי התאים מנהלים ביניהם קשרי גומלין, כלומר מדובר במשוב הדדי. יותר מכך, גילינו שתאי הגריד – שבעצם אומרים לנו ‘אתה נמצא כאן’ – יכולים להיווצר בעקבות פעילות של תאי המיקום, ואי-פעילות של תאי המיקום גורמת לתאי הגריד להיעלם.”

המאמר החדש מציג גם הסבר למבנה המשושה של תאי הגריד במוח. “למעשה זהו הפתרון האופטימלי של סידור במרחב – ממש כמו המשושים שאנו מוצאים בכוורות דבורים, כמו גבישי הבזלת בבריכת המשושים ברמת הגולן וכמו דפוסי ההתגבשות של המלח באגמי מלח.”

בסקירה שפורסמה ב-Faculty of 1000 (אתר הסוקר מאמרים מדעיים) כותבים פרופ’ טימותי בירנס ואלכסנדרה קונסטנטינסקו כי ממצאי המאמר המתפרסם ב- eLife “מעניינים מאוד משום שהם מצביעים על מנגנון היווצרותם של תאי הגריד על סמך הקלט מתאי המיקום, בשעה שכמעט כל המחקרים הקודמים התמקדו בכיוון ההפוך – יצירתם של תאי מקום על סמך הקלט מתאי הגריד.” השניים מוסיפים כי המחקר סולל דרך למודל שיסביר כיצד תאי הגריד מייצגים לא רק מרחב פשוט ומרחבים רב ממדיים אלא גם תומכים בפעולות החורגות מן הפונקציות של זיכרון, קוגניציה וייצוג של מרחב פיזי.

המחקר בעניין תאי המקום ותאי הגריד הוביל לזכייתם של ג’ון אוקיף ובני הזוג אדוארד ומיי-בריט מוזֶר בפרס נובל ברפואה לשנת 2014. פרופ’ דורי דרדיקמן, כיום חבר סגל בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט, עשה את הפוסט-דוקטורט שלו במעבדת מוֹזֶר הנמצאת בעיר הנורווגית טרונדהיים. באותן שנים הוא התמקד ברישום פעילות הגריד בסביבות מורכבות – בניגוד לזירות הריבועיות הפשוטות ששימשו בניסויים קודמים. במחקר, שנמשך יותר מארבע שנים ופורסם בכתב העת Nature Neuroscience, התברר כי כאשר מדובר בסביבה מורכבת – “חדרים” רבים המקושרים במסדרונות – נוצרת מפה קוגניטיבית מורכבת העשויה ממפות רבות. “למרבה ההפתעה, החולדה מזמנת את המפה הנכונה למקום שבו היא נמצאת וכך מצליחה להתמצא במרחבים השונים. בכל מעבר למרחב חדש מתבצע ‘כיול’ של התאים ומיפוי-מחדש.”

בשובו מנורווגיה השלים פרופ’ דרדיקמן פוסט-דוקטורט נוסף אצל פרופ’ נחום אולנובסקי במכון ויצמן, שם התמקד המחקר שלו בהיפוקמפוס ובתאי כיוון תנועת הראש בעטלפים. במחקר זה הוא גילה מעין “מצפן נוירולוגי תלת-ממדי” במוחו של העטלף. העבודה הזאת, שנעשתה יחד עם ארסני פינקלשטיין, התפרסמה בכתב העת Nature בשנה שעברה.

בשנת 2011 הצטרף פרופ’ דרדיקמן לסגל הפקולטה לרפואה בטכניון וכיום הוא עומד בראש המעבדה לתפיסה מרחבית וזיכרון בפקולטה לרפואה, שבה פעילים שלושה דוקטורנטים ושלושה מסטרנטים. לאחרונה הותקנה במעבדה מערכת של מציאות מדומה, המאפשרת להציג לחולדה גירויים מורכבים בסביבות מורכבות. “כיום אנחנו מבינים במידה רבה כיצד החולדה מייצגת את עצמה במרחב באמצעות תאי הגריד ותאי המקום; אחת המטרות שלי כיום היא להבין איך מיוצגים במוחה של החולדה אובייקטים חיצוניים – למשל חתול שרודף אחריה.”

למאמר:http://elifesciences.org/content/5/e10094
בתרשים: פעילות של תא גריד המתועדת בזמן שהחולדה מסתובבת בזירה מרובעת

סרטון על תאי גריד:

רישום מתא גריד בודד שהוקלט ב-Entorhinal Cortex. בכל פעם שהתא מבצע פעילות חשמלית נוספת נקודה לבנה במקום בו נמצאת החולדה. אפשר לראות שהנקודות הלבנות יוצרות צברים, ואלה יוצרים (אם מותחים קווים ביניהם) תבניות של משולש שווה צלעות.

סרטון המציג את סביבת המציאות הוירטואלית:

בסרטון נראית החולדה כשהיא רצה על כדור במערכת של מציאות וירטואלית. על מסכי המחשב שמסביב מוצג העולם הווירטואלי לפרטיו. כאשר החולדה מזיזה את הכדור, העולם הוירטואלי זז בהתאם כך שלחולדה נדמה שהיא עוברת ממקום למקום. הרעיון הוא ליצור סימולציה של סביבות מורכבות תוך הקלטה של תאי מקום ותאי גריד, וזאת כדי להבין את פעילות המפה הקוגניטיבית הפנימית של המרחב במוחה של החולדה בזמן שהיא מנווטת ממקום למקום

הרצאה של פרופ’ דרדיקמן בנושא פרס נובל ברפואה לשנת 2014: