חוקרים פיתחו שיטה חדשה לתיאור קליפת המוח, וחושפת תבנית פרקטלית אוניברסלית על פני מיני יונקים שיכולה לשפר את ההבנה שלנו לגבי התפתחות המוח והמחלות.
מחקר חדש מגלה שקליפת המוח עוקבת אחר אותם דפוסי קיפול על פני מיני יונקים, ונצמדת לצורה פרקטלית אוניברסלית.
חוקרים פיתחו שיטה חדשה לתיאור צורת קליפת המוח, תוך הוכחה לכך שקליפת המוח עוברת על פני יונקים מִין מציגים תבנית פרקטלית אוניברסלית.
המחקר, שפורסם כ-Reviewed Preprint ב eLife ומופיע היום כגרסה מתוקנת, מתואר על ידי העורכים כמסגרת חשובה להבנתנו את קליפת המוח כצורה פרקטלית. הם מתארים את עוצמת הראיות כמשכנעת עבור מתווה אוניברסלי לקיפול קליפת המוח של יונקים.
עם מחקר ואימות נוספים, ניתן להשתמש בגישה כדי להעניק תובנות לגבי התפתחות של מצבים נוירופתיים ניווניים ומולדים שונים.
קליפת המוח היא השכבה החיצונית ביותר של המוח, ואחראית לתפקודים מורכבים כמו מחשבה, תפיסה וקבלת החלטות. קיפול קליפת המוח, המכונה gyrification, הוא התהליך שבו פני המוח מפתחים חריצים (sulci) ורכסים (gyri). קיפול זה מגדיל את שטח הפנים של המוח, ומאפשר מספר רב יותר של נוירונים ועיבוד מידע מורכב יותר. הקורטקס מציג מגוון רחב של צורות וגדלים על פני ובתוך המינים.
מתודולוגיות חדשות בניתוח קורטקס
"יצאנו למצוא דרך להגדיר את צורת הקורטקס, ולבטא את הייחודי בצורות ובקפלים המורכבים המרכיבים כל קליפת מוח", אומר הסופר הראשי יוג'יאנג וואנג, עמית מנהיגים עתידיים ב-Computational Neurology, Neuroscience & מעבדה לפסיכיאטריה (CNNP) בבית הספר למחשוב, אוניברסיטת ניוקאסל, בריטניה. "אפשר להסתכל על תמונה של קליפת מוח ולזהות מהי. אבל איך נוכל להבדיל בין הקורטקס שלך לשלי? או כיצד נוכל להבחין בין קליפת המוח של ג'ירפה לבין זו של מרמוסט? זה דורש דרך אקספרסיבית יותר לתאר את צורת הקורטקס."
וואנג ועמיתיו התחילו בקביעת שני עקרונות מפתח. ראשית, הם ידעו שקליפת המוח לא יכולה פשוט ללבוש צורה מקופלת כלשהי – קליפת המוח הם יריעות דקות של חומר אפור מקופלות בדרכים מורכבות סביב חומר לבן, ומידת הקיפול שהם עוברים נקבעת במדויק על פי העובי והגודל של היריעה הזו. עקרון זה נקרא קנה מידה אוניברסלי. לאחר מכן הם המציאו דרך 'להמיס' את קליפת המוח, על ידי הסרת קפלים שהיו קטנים מסף מסוים, מה שמאפשר להם ללמוד את הקפלים הנותרים בנפרד. זה חשף את העיקרון השני; שקליפת המוח מורכבת מקפלים בגדלים שונים, כאשר הקפלים הקטנים דומים לקפליהם הגדולים יותר – תכונה הנקראת דמיון עצמי. זה דומה לקנה מידה פרקטלי, שבו צורה גיאומטרית מורכבת מציגה דפוסים מורכבים שחוזרים על עצמם בקנה מידה קטן יותר.
מחקר השוואתי בין מינים
לאחר מכן, הצוות שילב את העקרונות הללו של קנה מידה אוניברסלי ודמיון עצמי כדי לחקור את קליפת המוח של 11 מיני פרימטים שונים, כולל בני אדם, שימפנזים ומרמוסטים. זה גילה שלמרות ההבדלים החזותיים הברורים בין קליפת המינים, כולם פועלים לפי חוק קנה מידה אוניברסלי, ודומים לאותה צורה פרקטלית. לכן, אם לוקחים את קליפת המוח המורכבת ביותר שנחקרה, זו של אדם, ותשתמשו בתהליך 'ההתכה' של הצוות כדי לחסל את הקפלים הקטנים ביותר, היא מתחילה להידמות לזה של שימפנזה. אם אתה 'ממיס' את קליפת המוח של שימפנזה, הוא דומה לזה של קוף רזוס, וכן הלאה.
ממצאים אלו מצביעים על כך שללא קשר למין, יש רק דרך אחת לקליפת המוח לעבור קיפול. אז מדוע הם שונים כל כך בבירור כאשר הם נצפו באמצעות סריקת MRI? הם נראים שונים בגודלם, וחלקם מקופלים מאוד, כמו קליפת המוח האנושית, וחלקם חלקים הרבה יותר, כמו קליפת המרמוסט.
"המפתח כאן הוא להגדיר במדויק למה אנחנו מתכוונים ב'דומה'", מסביר הסופר הבכיר ברונו מוטה, פרופסור במעבדת metaBIO, Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro, ברזיל. "אפשר לדמיין צורה שנראית כמו קליפת מוח אנושית, אבל כשאתה מתקרב, אתה מגלה בתוך כל קפל יש קפלים קטנים לאין שיעור. צורה כזו לא יכולה להתקיים בטבע, אבל אפשר להגדיר אותה מתמטית כצורה פרקטלית, כפי שעשינו כאן. מה שהראינו הוא שכל קליפת המוח מהמין שחקרנו דומות לצורה הפרקטלית הזו עבור טווח מסוים של גדלי קפלים."
לכן, מוסיפה מוטה, ההבדלים שנצפו בצורות קליפת המוח בין המינים הללו נובעים במידה רבה מהעובדה שלכל אחד מהם טווח שונה של גדלי קפלים שעבורם מתקיים הדמיון. עבור קליפת מוח חלקה יותר, כמו במרמוסט, טווח זה צר יותר; עבור אחד מקופל יותר, כמו שימפנזה, הוא רחב יותר.
המחברים מציינים שהמחקר שלהם הוגבל לתיאורים של המיספרות שלמות בקליפת המוח, וכי בעבודה עתידית הם יחפשו לחקור אזורים ספציפיים יותר בקליפת המוח. הם גם יחקרו כיצד מחלות נוירודגנרטיביות כגון אלצהיימר להשפיע על הצורה הפרקטלית של הקורטקס. זה עשוי לאפשר בסופו של דבר זיהוי של סמנים ביולוגיים מפורטים יותר עבור מצבים ומחלות נוירולוגיות שונות, ולהעניק הבנה נוספת כיצד הם מתפתחים.
"התוצאות שלנו מצביעות על מתווה אוניברסלי לצורת מוח של יונקים, ומערכת משותפת של מנגנונים השולטים בקיפול קליפת המוח", מסכם מוטה. "אנו מקווים שהמסגרת שלנו לביטוי וניתוח צורת קליפת המוח יכולה להפוך לכלי רב עוצמה לאפיון והשוואה של קליפת המוח של מינים ופרטים שונים, על פני התפתחות והזדקנות, ועל פני בריאות ומחלות."
