פרויקטים חדשים שואפים לחלוץ את עתיד מדעי המוח

מחקר אחד יחקור את השינויים בפעילות המוח ברמה התאית הנגרמים על ידי פסילוסיבין, החומר הפסיכואקטיבי שנמצא ב"פטריות קסם".

איך נוירונים מגיבים להשפעות של פטריות קסם? מה מתרחש במוח בזמן תפיסת תנועה, או זיהוי של דפוסי גרגר בעץ? איך המוח שלנו עוקב אחר השינויים ההדרגתיים במראה החברים שלנו לאורך זמן?

מכון אלן השיק ארבעה פרויקטים לחקור שאלות אלה באמצעות OpenScope, מצפה כוכבים משותף למדעי המוח. בדיוק כפי שאסטרונומים משתמשים בכמה מצפה כוכבים מצוידים היטב כדי לחקור את היקום, תוכנית OpenScope מאפשרת למדענים מוחיים ברחבי העולם להציע ולכוון ניסויים על צינור מצפה המוח של אלן. כל המחקר זמין באופן חופשי לכל מי שמתמודד עם שאלות פתוחות בפעילות עצבית בבריאות ובמחלות.

כעת, בשנה ה-6 שלה, OpenScope שואפת "להוות מודל חדש במדעי המוח", אמר ג'רום לקוק, Ph.D., חוקר חבר במכון אלן.

"הפלטפורמה שלנו משפרת את רכישת הנתונים והשיתוף העולמי, תוך העצמת מעבדות בודדות למנף אותם לעיסוקיהם המדעיים הייחודיים", אמר Lecoq, שמוביל את OpenScope יחד עם כריסטוף קוך. "אנחנו שואפים לשלב את הטוב משני העולמות: שאלות ממוקדות שהתמודדו עם צוותים נלהבים, ופלטפורמה מתוחכמת המונעת על ידי נסיינים מנוסים. זה החזון שלנו לעתיד של מדעי המוח".

מדע פסיכדלי

אחד מפרויקטי OpenScope של השנה יבדוק כיצד פסילוציבין, התרכובת הפסיכואקטיבית ב"פטריות הקסם", משנה את פעילות המוח ברמה התאית. תרכובת זו, הידועה בהשראת חוויות פסיכדליות אינטנסיביות בבני אדם, תשמש כדי לחקור את המנגנונים העצביים העומדים בבסיס הקוגניציה והתפיסה המשתנים.

באמצעות טכניקות הקלטה מתקדמות בעכברים, מדענים יראו כיצד נוירונים מתקשרים בצורה שונה בהשפעת פסילוסיבין. הם גם יחקרו כיצד שינויים אלה עשויים להשפיע על יכולתו של המוח לעבד ולחזות מידע חושי, שהוא חיוני להבנת אופן בניית התפיסה.

"העניין שלנו בתרכובות הללו חורג מהיישומים הקליניים הפוטנציאליים שלהן", אמר רוברטו דה פיליפו, Ph.D., פוסט דוקטורט באוניברסיטת הומבולדט בברלין. "אנו מאמינים שחשיפת המנגנונים הביולוגיים העומדים בבסיס השפעותיהם יכולה לספק תובנות בסיסיות לגבי התהליכים השולטים בתפיסה, הקוגניציה והתודעה עצמה."

את הפרויקט הזה מוביל דה פיליפו; טורבן אוט, Ph.D., מאוניברסיטת הומבולדט בברלין; ו דיטמר שמיץPh.D, של Charité – Universitätsmedizin ברלין.

כיצד העבר מעצב בעדינות את תפיסת העולם שלנו

לעתים קרובות אנו מתעלמים מהשינויים ההדרגתיים באנשים שאנו רואים באופן קבוע, ורק מבחינים בהבדלים כאשר אנו צופים בתמונה ישנה או מתאחדים עם חברים לאחר זמן רב. למרות שהשינויים הללו כמעט בלתי מורגשים, המוח שלנו מעדכן כל הזמן את הזיכרונות שלנו בפרטים האלה.

פרויקט OpenScope משנת 2024 נועד לחשוף את הבסיס העצבי של עדכונים אלה. באמצעות פלטפורמת Allen Brain Observatory, החוקרים ינתחו את פעילות המוח בעכברים כדי להבין כיצד מערכת הראייה של המוח מגיבה לשינויים לאורך זמן. באופן מסורתי, מדעני מוח חשבו שמערכת הראייה מעבדת רק מידע חושי נכנס. אבל ממצאים אחרונים מצביעים על כך שמערכת זו גם מאחסנת זיכרונות חזותיים ומשתמשת בהם כדי לחזות את מה שאנו רואים בהמשך.

"אנחנו רוצים להבין איך זיכרונות כאלה משפיעים על התפיסה של ויזואליות בעולם האמיתי ואיזה תפקיד ממלאים אזורי מוח שונים בתהליך הזה", אמר יניב זיו, Ph.D., פרופסור במכון ויצמן למדע. "על ידי הבנתנו, אנו שואפים לחשוף האם הזיכרונות הללו משפיעים על מידת הגמישות או הנוקשה של העיבוד החזותי שלנו. למשל, אם ראינו משהו דומה בעבר, האם זה גורם למוח שלנו להסתגל למידע חזותי חדש יותר או פחות?"

את הפרויקט הזה מוביל זיו; דניאל דייטש; אלון רובין, דוקטורט.; ו איתי טלפירכולם במכון ויצמן למדע

פענוח כיצד המוח תופס תנועה

כיצד המוח מזהה עצמים הנעים סביבנו? פרויקט OpenScope זה משנת 2024 נועד להרוס את התהליך הבסיסי הזה על ידי לימוד תפיסת תנועה בקליפת המוח החזותית של עכברים. בעוד שמחקרים קודמים זיהו אזורי מוח המגיבים לסוגים שונים של תנועה, המעגל העצבי הבסיסי עדיין לא מובן. פרויקט זה ישתמש במיקרוסקופיה כדי לצפות בו זמנית בפעילות של נוירונים רבים במשך מספר שבועות ובחלקים שונים של קליפת הראייה.

הצוות מקווה לאפיין את הייצוג הנוירוני של תנועה על פני אזורי מוח וסוגי תאים ולהבין את המעגלים הספציפיים התומכים בהם. לתובנות שנאספו מעבודה זו עשויות להיות השלכות רחבות יותר, שכן אותם סוגי תאים ומעגלים נמצאים בכל רחבי הקורטקס.

"אם נצליח להבין איך המעגלים האלה מעבדים מידע במערכת הראייה, יש סיכוי טוב שאותם עקרונות חלים בכל המוח", אמרה ג'וליה וייט, Ph.D., פרופסור באוניברסיטת פרייבורג.

את הפרויקט הזה מובילה Veit; הנינג ספרקלרPh.D., מהאוניברסיטה הטכנית של ברלין; ויעל אורן, Ph.D., מאוניברסיטת פרייבורג.

לראות את הדפוסים סביבנו

המוח שלנו מזהה מיידית אינספור מרקמים ויזואליים מורכבים שמקיפים אותנו, מהעיצובים המורכבים על כנפי פרפר ועד לדוגמת הדגנים של העץ. אבל איך זה משיג את ההישג המדהים הזה של תפיסה חזותית? בפרויקט OpenScope זה, עכברים יוכשרו להבחין במרקמים בזמן שהפעילות הנוירונית שלהם מנוטרת בקליפת המוח החזותית, ומקשרת תגובות עצביות לתפיסה. המטרות העיקריות הן לקבוע כיצד מרקמים מסוימים מזוהים בקלות בעוד שאחרים מהווים אתגר, ולמפות כיצד אזורי מוח שונים מקיימים אינטראקציה כדי להפוך קלט חזותי לייצוגים קוהרנטיים המנחים התנהגות.

ממצאים אלה יכולים לחשוף עקרונות ליבה לאופן שבו המוח מחלץ הבנה מהעולם החזותי העשיר שלנו, אמרו החוקרים. אבל קנה המידה והמורכבות של המחקר מחייבים כלים ומשאבים מעבר לאלה שבמסגרת מעבדה טיפוסית.

"השימוש במצפה המוח של אלן לא רק יגדיל את ההיקף והטווח של הפרויקט שלנו פי כמה, אלא הוא גם יאפשר לנו להשוות ולהקשר עם כל הפרויקטים האחרים של Open Science שהם הובילו בעשור האחרון", אמר פדריקו בולנוס, Ph. .D., מדען נתונים מוביל באוניברסיטת קולומביה הבריטית. "כפי שקרה בתחומים אחרים כמו פיזיקה של אנרגיה גבוהה או אסטרונומיה, המחקר במדעי המוח של מערכות צריך לעבור ממעבדות בודדות לקהילה גדולה יותר ומקושרת, שבה אנחנו מתקדמים יחד".

פרויקט זה מובל על ידי Bolaños; טימותי מרפי, Ph.D., מאוניברסיטת קולומביה הבריטית; ו חוויאר אורלנדיPh.D., מאוניברסיטת קלגרי.

המחקר המתואר במאמר זה נתמך על ידי פרס מספר U24NS113646 מהמכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ המכונים הלאומיים לבריאות. התוכן הוא באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את הדעות הרשמיות של NIH ומכוני הבת שלה.