2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47
הופעה הפתאומית של "פזמון" של תא מוח מהקקפוניה של פעילות תאי מוח רגילה עשויה לאפשר למוח להקדיש תשומת לב רבה לפריט אחד במבול של מידע חושי נכנס, לפי דיווח ב-Nature של השבוע.
הדוח, המבוסס על נתונים שנרכשו מקופים, מציע ששחקן בייסבול עוקב אחר כדור זבוב דרך שמיים עמוסים בעננים, נהג מושיט יד לכיס כדי לחוש מפתחות ותלמיד תיכון שמחפש לכלי קפיטריה שיש ריח אכיל יכול להיות משהו משותף: חלק מתאי העצב בקליפת המוח, השכבה החיצונית המתוחכמת של המוח, עשויים לשלוח מסרים יחד כדי לאפשר להם לשים לב לזרם יחיד של קלט חושי.
"כל שנייה, אנו מקבלים מיליוני או מאות מיליוני פיסות מידע הנכנסות מהחושים שלנו", אומר ארנסט ניבור, עוזר פרופסור למדעי המוח במכון קריגר מוח-מוח באוניברסיטת ג'ונס הופקינס. "ואנחנו צריכים להחליט, כל שנייה, איזה חלק בו חשוב ואיזה חלק לא חשוב."
"תאי העצב המייצגים את המידע החשוב זקוקים לדרך להתבלט מהקהל של מידע אחר", אומר פיטר שטיינמץ, מחבר ראשי בעיתון ולשעבר פוסט-דוקטורנט במכון. "ירי סינכרוני - כמו זמרים במקהלה - היא אחת הדרכים להתבלט מהקהל."
מדענים הפיקו את הממצא החדש על ידי ניתוח מחדש של נתונים שנאספו במשך מספר שנים. מדעני המכון קן ג'ונסון וסטיב הסיאו עקבו אחר פעילות תאי מוח בקופים שביצעו משימות פשוטות שדרשו מהם למקד את תשומת הלב שלהם בגירויים חזותיים או מישוש.המשימות כללו זיהוי איזה מבין שלושה ריבועי אור לבנים בצג וידאו מתחיל להתעמעם, והשוואת צורת האותיות או הדמויות המורמות הנלחצות כנגד אצבע.
ביישום טכניקה ששוכללה על ידי מדען המוח של הופקינס ורנון מאונטקאסל, החוקרים השתמשו בשבע אלקטרודות כדי לנטר בו-זמנית פעילות תאי מוח בודדים בקופים בזמן שהם עבדו. הם ניתחו במקור את הנתונים שהם אספו לגבי שינויים בקצב הירי של תאי מוח בזמן שהחיות החליפו תשומת לב בין משימות.
כשניבור הגיע להופקינס לפני כמה שנים, החוקרים התחילו לדבר על הסתכלות נוספת על הנתונים.
ניבור ומדעני מוח תיאורטיים אחרים העלו השערות שהמוח עשוי לקודד מידע הן בירי של תאי מוח בודדים והן בתזמון של ירי אלה.
"הוכח בבעלי חיים שקצב הירי של נוירונים יכול לעלות בפקטור של 2 או 3 כשהם מתחילים לשים לב לגירוי", אומר ניבור."אבל נראה שיש סיכון לבלבול אותות אם מנסים לקודד לשני דברים שונים - הגירוי עצמו והדרגה שצריך לשים לב אליו - עם סוג אחד של אות, הקצב שבו נוירונים יורים".
Niebur אומר ששני האותות השונים צריכים להיות מחוברים. מה שהחושים שלך תופסים ישפיע על מידת תשומת הלב שאתה מקדיש להם, אבל, הוא אמר, "זה נראה כמו רעיון טוב אם אתה יכול לקבל שני אותות שונים אך קשורים שבהם אתה יכול להשתמש כדי לייצג את שני הדברים האלה." עלייה במספר תאי העצב היורים ביחד יכולה לייצג בדיוק אות שני עצמאי כזה, אך קשור.
Hsiao וג'ונסון היו נתונים משלושה ניסויים קודמים המתאימים לבדיקת התיאוריה. שטיינמץ, כיום פוסט-דוקטורט ב-C altech, שילב כוח מחשב זמין כעת עם טכניקה סטטיסטית חדשנית כדי לקבוע אם תאי עצב יורים באופן סינכרוני ואם עוצמת הסנכרון הזו השתנתה כאשר הקופים היו צריכים לשים לב.
"זיהוי ירי סינכרוני בצורה מהימנה היה קשה בעבר בגלל כמויות הנתונים הגדולות שצריך לנתח, אבל אחת התוצאות של מהפכת המחשבים הייתה היכולת לבצע סוג זה של בדיקות בפרקי זמן סבירים, " אומר שטיינמץ. תוצאות הניתוח, לפי ניבור, העלו שכאשר הקופים הקדישו תשומת לב רבה לגירויים, "נראה היה שכמות הירי הסינכרוני גדלה בחלק ניכר מהנוירונים המעורבים במשימות הללו."
למנגנון כזה יכול להיות קשרים מסקרנים למבנה ותפקוד תאי עצב בסיסיים, מציין Hsiao. תאי עצב מקבלים לעתים קרובות אותות נכנסים לא רק מאחד אלא מכמה מבנים דמויי ענפים שונים הידועים בשם דנדריטים. אלא אם כן האות חזק מאוד, קבלת אות על כל דנדריט אחד לא בהכרח מבטיחה שתא העצב יעביר את המסר.
"אם כל הנוירונים במעלה הזרם יורים באופן סינכרוני, זה מגדיל מאוד את האפשרות שתא העצב יעביר את המסר במורד הזרם", אומר Hsiao, פרופסור חבר למדעי המוח.
"היה לנו מזל ששלושת הקבוצות הללו יכלו להתאחד למאמץ הקבוצתי הזה", מעיר Hsiao. "מכון המוח-מוח הוא אחד ממקומות בודדים בארה"ב שבהם ניתן היה לראות שיתוף פעולה כה ייחודי והדוק בין מדעני מוח ניסיוניים, תיאורטיים וחישוביים."
כל 3 קבוצות המחקר מתכננות לעקוב אחר הממצא בעתיד.
"אני רוצה לחזור לשלב מוקדם יותר בתהליך הזה, ולחפש סוג כלשהו של אות נדנוד שאנחנו חושבים שיכול להמשיך את ירי תאי העצב המסונכרנים האלה," ג'ונסון, פרופסור למדעי המוח, אומר.
נייבור והסיאו הביעו עניין לגלות מה קורה לשיעורי הסנכרון אם הנבדקים לא מצליחים להשלים בהצלחה את המשימה שבה הם מתרכזים. המחקר הנוכחי של שטיינמץ כולל חקירה באיזו עוצמה צריכים הנוירונים לסנכרן את הירי שלהם כדי "להישמע".
המימון למחקר זה הגיע מהמכונים הלאומיים לבריאות, קרן אלפרד פ. סלואן והקרן הלאומית למדע. מחברים נוספים היו ארופ רוי ופול פיצג'רלד, סטודנטים לתואר שני במדעי המוח ב-Krieger Mind-Bra ב.
