חוקרים מאוניברסיטת יוטה בריאות גילו ש"תאי זמן" בעכברים הם חיוניים למשימות למידה שבהן התזמון הוא קריטי. תאים אלה משנים את דפוסי הירי שלהם כאשר עכברים לומדים להבחין בין אירועים מתוזמן, מה שמציע תפקיד מעבר למדידת זמן בלבד. ממצא זה יכול לסייע בגילוי מוקדם של מחלות ניווניות עצביות כמו אלצהיימר על ידי הדגשת החשיבות של קליפת המוח המדיאלית (MEC), שהיא בין אזורי המוח הראשונים המושפעים ממחלות כאלה.
חוקרים מאוניברסיטת יוטה בריאות מצאו ש"תאי זמן" בעכברים מסתגלים ללימוד משימות מתוזמנות, תגלית שיכולה לסייע מוקדם אלצהיימר זיהוי על ידי ניטור שינויים באזור מרכזי במוח.
תפיסת הזמן שלנו היא קריטית לאינטראקציה שלנו עם העולם הסובב אותנו ולהבנתו. בין אם אנו משתתפים בשיחה או נוהגים במכונית, עלינו לזכור ולאמוד את משך האירועים – חישוב מורכב אך לא מודע ברובו המתנהל כל הזמן מתחת לפני השטח של המחשבות שלנו.
כעת, חוקרים מאוניברסיטת יוטה בריאות מצאו כי בעכברים, אוכלוסייה מסוימת של "תאי זמן" חיונית ללימוד התנהגויות מורכבות שבהן התזמון הוא קריטי. כמו המחוג השני של שעון, תאי זמן יורים ברצף כדי למפות פרקי זמן קצרים.
אבל תאי זמן הם לא רק שעון פשוט, מצאו החוקרים – ככל שבעלי חיים לומדים להבחין בין אירועים בתזמון שונה, דפוס הפעילות של תאי הזמן משתנה כדי לייצג כל דפוס של אירועים בצורה שונה. התגלית יכולה בסופו של דבר לסייע בגילוי מוקדם של מחלות ניווניות עצביות, כמו אלצהיימר, המשפיעות על תחושת הזמן.
המחקר החדש פורסם ב מדעי המוח בטבע.
קוד עכבר
על ידי שילוב של משימת למידה מורכבת מבוססת זמן עם הדמיית מוח מתקדמת, החוקרים הצליחו לראות דפוסי פעילות תאי זמן הופכים מורכבים יותר ככל שהעכברים למדו. החוקרים הקימו תחילה ניסוי שבו למידת ההבדלים בתזמון האירועים הייתה קריטית. כדי לקבל פרס, עכברים היו צריכים ללמוד להבחין בין דפוסים של גירוי ריח בעלי תזמון משתנה, כאילו הם לומדים צורה פשוטה מאוד של קוד מורס.
משמאל לימין: ג'יימס הייס, דוקטור; ארין ביגוס; Hyunwoo Lee, PhD. קרדיט: משמאל לימין: צ'רלי אהלר, מתיאו קוריול, קיונג ג'ניפר לי.
לפני ואחרי שהעכברים למדו, החוקרים השתמשו במיקרוסקופיה חדשנית כדי לצפות בתאי זמן בודדים נורים בזמן אמת. בהתחלה, תאי הזמן שלהם הגיבו באותו אופן לכל דפוס של גירוי ריח. אבל כשהם למדו את דפוסי הגירוי בתזמון שונה, העכברים פיתחו דפוסים שונים של פעילות תאי זמן עבור כל דפוס של אירועים.
יש לציין, במהלך ניסויים שהעכברים טעו, החוקרים יכלו לראות שתאי הזמן שלהם ירו לעתים קרובות בסדר לא נכון, מה שמרמז שהרצף הנכון של פעילות תאי הזמן הוא קריטי לביצוע משימות מבוססות זמן. "תאי זמן אמורים להיות פעילים ברגעים ספציפיים במהלך הניסוי", אמר היונוו לי, PhD, עמית פוסט-דוקטורט בנוירוביולוגיה בבית הספר לרפואה של ספנסר פוקס אקלס באוניברסיטת יוטה ושותף ראשון במחקר. "אבל כשהעכברים עשו טעויות, הפעילות הסלקטיבית הזו הפכה מבולגנת."
לא רק שעון עצר
באופן מפתיע, תאי זמן ממלאים תפקיד מסובך יותר מסתם מעקב אחר זמן, אמרה ארין ביגוס, עוזרת מחקר בוגרת בנוירוביולוגיה ומחברת ראשונה במחקר. כאשר החוקרים חסמו זמנית את הפעילות של אזור המוח המכיל תאי זמן, הקורטקס המדיאלי האנטורינאלי (MEC), עכברים עדיין יכלו לתפוס ואף לצפות את תזמון האירועים. אבל הם לא יכלו ללמוד משימות מורכבות הקשורות לזמן מאפס. "ה-MEC לא מתנהג כמו שעון עצר פשוט שדרוש כדי לעקוב אחר הזמן בכל נסיבות פשוטות", אמר ביגוס. "נראה שתפקידו הוא בעצם ללמוד את היחסים הזמניים המורכבים יותר הללו."
החוקרים השתמשו בהדמיית מוח מתקדמת כדי לראות נוירונים יורים לפני ואחרי שעכברים למדו. קרדיט: Heys Lab / University of Utah Health
באופן מסקרן, מחקר קודם על ה-MEC מצא שהוא מעורב גם בלימוד מידע מרחבי ובניית "מפות מנטליות". במחקר החדש הבחינו החוקרים כי דפוסי הפעילות המוחית המתרחשים בזמן לימוד משימות מבוססות זמן מראים קווי דמיון לדפוסים שנצפו בעבר המעורבים בלמידה מרחבית; היבטים של שני הדפוסים נמשכים גם כאשר בעל חיים אינו לומד באופן פעיל.
אמנם יש צורך במחקר נוסף, אך תוצאות אלו מצביעות על כך שהמוח יכול לעבד חלל וזמן בדרכים דומות ביסודו, על פי החוקרים. "אנו מאמינים שקליפת המוח האנטורינאלית עשויה לשרת מטרה כפולה, והיא פועלת הן כמד מרחק לעקוב אחר המרחק והן כשעון למעקב אחר הזמן שחלף", אמר ג'יימס הייס, דוקטור, עוזר פרופסור לנוירוביולוגיה והמחבר הבכיר במחקר.
"אלה הם האזורים הראשונים במוח שהושפעו ממחלות ניווניות כמו אלצהיימר. אנו מעוניינים לבחון האם משימות התנהגות תזמון מורכבות יכולות להיות דרך שימושית לזיהוי התפרצות מוקדמת של מחלת אלצהיימר". – ג'יימס היי
למידה כיצד המוח מעבד זמן עשוי לסייע בסופו של דבר בזיהוי מחלות ניווניות עצביות כגון אלצהיימר, אומרים החוקרים. ה-MEC הוא אחד האזורים הראשונים במוח שעליהם משפיע אלצהיימר, מה שמרמז כי משימות תזמון מורכבות עשויות להיות דרך לתפוס את המחלה בשלב מוקדם.
המחקר מומן על ידי הקרן הלאומית למדע בארה"ב, קרן וויטהול, הקרן לחקר המוח וההתנהגות, המכון הלאומי לבריאות הנפש, קרן המחקר הלאומית של קוריאה ואוניברסיטת יוטה.
