האם תהיתם פעם איך הגוף שלכם יודע היכן הוא נמצא? ואיך הוא מוצר את הדרך ממקום למקום? איך המידע הזה מאוחסן ונשלף במהירות, ואיך נשחזר את הדרך בפעם הבאה?
זוכי פרס נובל לרפואה לשנת 2014, ג'ון או'קיף, מיי-בריט מוזר ואדוארד מוזר (שני האחרונים הם זוג נשוי), שאלו את עצמם איך המוח מנווט ומזהה את מיקומו בחלל, וגילו בתשובה מערכת איכון פנימית, מעין GPS טבעי שמותקן לנו במוח. המערכת הזו מאפשרת לנו למקם את עצמנו בחלל וביחס לפריטים אחרים בסביבה, לנווט תוך תפיסה טובה של המרחק והכיוון ולעבד מידע על התנועה שלנו ועל מיקומים קודמים. כל אלה הכרחיים עבורנו על מנת שנוכל למצוא את דרכנו בעולם.
סליחה, איפה אני?
לכל אורך ההיסטוריה התעניינו פילוסופים ומדענים במנגנון שעומד מאחורי היכולת להתמצא במרחב. הפילוסוף הגרמני הנודע עמנואל קאנט טען לדוגמה שתפיסת מיקומנו במרחב היא יכולת מוחית טבעית שאינה תלויה בניסיון, ושבאמצעותה אנו מארגנים את העולם החיצוני ותופסים אותו.
פריצת הדרך המדעית הראשונה בתחום התרחשה באמצע המאה הקודמת, במעבדתו של חוקר הפסיכולוגיה ההתנהגותית אדוארד טולמן שבחן את כושר הניווט של חולדות במבוכים. טולמן טען שהחיות חוקרות את הסביבה ומתנסות בה, ובהדרגה יוצרות במוחן "מפה קוגניטיבית" שמאפשרת להן לנווט ולמצוא את הדרך האופטימלית במבוך.
התיאוריה של טולמן הייתה חדשנית אך לא הסבירה את המנגנון המורכב שבו נוצרת מפת הניווט במוח או את אזורי המוח שאחראים ליצירתה. רק בהמשך, כשהתפתחה טכנולוגיה שאפשרה לעקוב אחר פעילות תאי המוח באזורים שונים בזמן אמת, בזמן שחיות המעבדה ביצעו משימות ניווט, יכלו המדענים לגלות את מערכת הניווט הפנימית במוח ולהבין את המנגנון שעומד בבסיסה.
"תאי מיקום" הם אבני היסוד של מערכת הניווט
בשנת 1971 גילה ג'ון או'קיף את אבני היסוד של מערכת הניווט. הוא מצא שתאי עצב מסוימים באזור במוח שנקרא היפוקמפוס, שקשור בזיכרון, פעילים כשהחולדה נמצאת במיקום מסוים. לעומת זאת, כשהיא נמצאת במיקום אחר תאים אחרים פעילים. כלומר כל מיקום שלנו במרחב מיוצג על ידי תאים פעילים במוח. או'קיף קרא לתאים הללו "תאי מיקום".
כשאנו חוקרים סביבה מסוימת, אנחנו מפעילים תאי מיקום שונים. בהפעלתם המשולבת אנחנו יוצרים במוח מעין מפה פנימית שמייצגת את הסביבה שלנו. בהמשך הראה או'קיף שזיכרון של סביבה מסוימת מאוחסן במוח כדפוס הפעלה של תאי מיקום ספציפיים. כשאנו חוקרים ולומדים סביבה כלשהי אנחנו יוצרים למעשה דפוס הפעלה יציב וייחודי של תאי מיקום מסוימים. מאוחר יותר, כשנגיע שוב לאותה סביבה, יופעלו בו-זמנית תאי המיקום הללו ויאפשרו לנו לזהות איפה אנו נמצאים ולהתמצא מחדש במרחב.
ההיפוקמפוס – שם נמצאים תאי המיקום | תרשים: על בסיס הספר "האנטומיה של גריי"
תאי גריד – ייצוג גיאומטרי של הסביבה
מיי-בריט ואדוארד מוזר, זוג מדענים נורבגים שעבדו במהלך הכשרתם כמדענים אורחים במעבדתו של או'קיף, גילו מחוץ להיפוקמפוס, באזור שנקרא אנטורינל קורטקס (מרכז זיכרון חשוב במוח שמעביר מידע להיפוקמפוס וממנו), תאים בעלי תכונות ייחודיות – תאי גריד.
בניסויים נמצא שתאי הגריד, בדומה לתאי המיקום בהיפוקמפוס, הופעלו כשהחולדה הגיעה למקום מסוים. עם זאת, בשונה מתאי המיקום היו כמה מקומות שונים שגרמו לכל תא גריד בודד לפעול. כשהמדענים עקבו אחר המקומות הללו הם נדהמו לגלות שהם יוצרים תבנית גיאומטרית בצורת משושה. בכל אחד מקודקודי המשושה הופעל אותו תא גריד.
תאי גריד שונים במוח יצרו משושים שונים, קטנים או גדולים. המשושים הללו יכלו להיות מקבילים או חופפים ובזווית שונה ביחס לגבולות השדה שבו החולדה נעה. בהנחה שהסידור הזה נכון גם לגבינו, בני האדם, המשמעות היא שהמוח מבצע באופן בלתי מודע, ובאמצעות תאי הגריד, רישום מסודר של המקומות שבהם אנחנו מבקרים והמסלולים שאנחנו עוברים.
עבודתם המשולבת של שלושת המדענים פתרה תעלומה ארוכת שנים בשאלת האופן שבו המוח שלנו ממפה את העולם הסובב אותנו ומאפשר לנו לנווט בו את דרכנו. פענוח המנגנונים העצביים של התפיסה והזיכרון המרחבי הובילה לפריצות דרך משמעותיות גם בפענוח המנגנונים שעומדים בבסיסם של תפקודים קוגניטיביים אחרים.
פעילות תא הגריד בחולדה יוצרת תבנית מסודרת | מקור: Torkel Hafting, ויקיפדיה
בומרנג - שאלה בשבילכם
האם ייתכן לדעתכם קשר בין תאי המיקום ותאי הגריד לבין מחלת האלצהיימר? אם כן, מהו הקשר ואיך הוא בא לידי ביטוי?
