להדליק את האור, לכבות את הזיכרון

למידה וזיכרון הם תהליכים מוחיים שאיננו מבינים באופן מלא, אך מדענים מאמינים שאחד המבנים החשובים במוח בהקשר של זיכרון מאורעות רגשיים (למשל פחד) הוא האמיגדלה. ידוע שמאורעות טעונים-רגשית יוצרים זיכרונות חזקים במיוחד, כנראה דרך ויסות של הפעילות העצבית באמיגדלה.

מחקרים הראו כי פעילותו של המוליך העצבי אַצֶטִילכוֹלִין, חומר כימי שמשוחרר מתאי עצב ושולח אותות לתאי עצב אחרים, חשובה לתהליכים המערבים קשב וזיכרון. הימצאותו בריכוזים נמוכים במוח נמצאה קשורה לכשלים בזיכרון לטווח קצר, כמו אלו שמאפיינים את מחלת האלצהיימר. קבוצת חוקרים מאוניברסיטת סטוני ברוק שבארה"ב חקרה את הקשר בין שחרור אצטילכולין באמיגדלה לבין חוזקם של זיכרונות רגשיים.

דרך מקובלת לחקור למידה וזיכרון בחיות מעבדה היא התניה קלאסית. בתהליך הזה מצמדים בין הופעתו של גירוי ניטרלי (למשל צליל) לבין הופעתו של גירוי חיובי (למשל מתן מזון) או שלילי (למשל שוק חשמלי). לאחר מספר חזרות על הופעתם זה בצד זה, נוצרת תגובה גם לגירוי הניטרלי בלבד.

הדוגמה המפורסמת ביותר להתניה קלאסית היא ניסוי הכלבים של פבלוב, שגילה את התופעה ותרם רבות לתחום המחקרים ההתנהגותיים בחיות מעבדה. בניסוייו הראה פבלוב שכלבים שהורגלו לקבל מזון מיד לאחר ששמעו צליל מסוים, החלו להפריש ריר בתגובה לצליל בלבד גם אם לא הופיע האוכל אחריו.

סוג מסוים של התניה הוא התניית פחד, שבה האורגניזם לומד לִצְפּוֹת את התרחשותו של מאורע בעל ערך שלילי. כדי להעריך את מידת הלמידה והזיכרון נהוג למדוד את תגובת הפחד של האורגניזם, ובמקרה של עכברים תגובה זאת היא קפיאה במקום.

בשלב הראשון של התניית הפחד, שמכונה רכישה (acquisition), העכברים לומדים לקשר בין גירוי ניטרלי לגירוי שלילי. אחת לכמה דקות מושמע צליל ומיד לאחר מכן העכברים מקבלים הלם חשמלי חלש. התהליך הזה חוזר על עצמו כחמש פעמים. מקובל להתייחס לשלב הזה כהיווצרות הזיכרון.

השלב השני של התהליך, שמכונה שליפה (retention), מתבצע כעבור כ-24 שעות, ובמהלכו משמיעים לעכברים את הצליל הניטרלי במרווחים של דקות אחדות ומודדים את משך הזמן שהם קופאים במקומם. ככל שפרק הזמן הזה ארוך יותר, הלמידה היתה חזקה יותר.

השלב השלישי, שמכונה הכחדה (extinction), מייצג את חוזק הזיכרון. ימים אחדים לאחר השלב השני משמיעים לעכברים את הצליל הניטרלי שקודם לכן הם למדו לקשר להגעת ההלם החשמלי, ובודקים את תגובתם. ככל שהם קופאים במקום לזמן רב יותר, פירוש הדבר שנוצר אצלם זיכרון חזק יותר.

חקירה באמצעות אור
במחקר שפורסם בכתב העת Neuron דיווחו החוקרים, בהובלתה של לורנה רול (Role), על קשר בין הפעלה של תאי עצב המביאים לשחרור אצטילכולין באמיגדלה לבין חוזקו של זיכרון חדש. החוקרים נעזרו בשיטות אופטוגנטיות, שמאפשרות להשפיע באמצעות אור על פעילותם של תאים במוח, כך שהתאים המפרישים אצטילכולין יופעלו או יושתקו בתגובה לאור בצבע מסוים.

בניסוי זה השתמשו החוקרים בעכברים מהונדסים גנטית, כך שהתאים המפרישים אצטילכולין במוחם יכילו גֶן מסוים. הם הזריקו למוחם של העכברים נגיף שמגיב עם הגן הזה וגורם לתאים אלה לייצר חלבון שמאפשר לשלוט בפעילות החשמלית של התא באמצעות אור באורך גל מסוים. כדי להפעיל ולכבות את התאים החדירו החוקרים סיב אופטי למוח העכבר. בדרך זו יהם יכלו להפעיל ולהשתיק סוג מסוים של תאים באופן מדויק, בלי להשפיע על פעילותם של תאים סמוכים.

החוקרים מצאו כי עלייה בשחרור אצטילכולין באמיגדלה במהלך שלב רכישת הזיכרון הובילה ליצירת זיכרון חזק יותר משמעותית מזה שנוצר בקבוצת הביקורת. העכברים שבמוחם הוגבר שחרור האצטילכולין קפאו במקומם למשך פרקי זמן ארוכים יותר מאשר קבוצת הביקורת בשלב האחרון של הניסוי, המייצג את חוזק הזיכרון.

לעומת זאת, כשהשתיקו את פעילותם של התאים המפרישים אצטילכולין בשלב רכישת הזיכרון, הלמידה הייתה חלשה משמעותית מזו של קבוצת הביקורת. העכברים שאצלם הושתקו תאים אלה קפאו על מקומם לזמן קצר יותר מאשר קבוצת הביקורת במהלך שלב השליפה בניסוי, המייצג את חוזק הלמידה.

לממצאים אלה יש חשיבות רבה, במיוחד בחקר תופעות מקבילות אצל בני אדם, כגון הפרעת דחק פוסט-טראומטית (PTSD, המכונה גם "הלם קרב"). חוקרי מוח ופסיכולוגים מעריכים כי הפרעה זאת נוצרת אצל בני אדם כשהקישור בין סביבה וגירויים מסוימים לבין אירוע טראומטי הופך חזק עד כדי כך שאירועים ניטרליים מעוררים תגובת פחד וחרדה בקרב הלוקים בה. תוצאות המחקר עשויות גם לקדם את הרחבת הידע והטיפול במחלת אלצהיימר, שאחד הגורמים המרכזיים לה הוא ניוון של תאים המשחררים אצטילכולין.

אף על פי שאי אפשר לבצע בבני אדם מניפולציות שכוללות הנדסה גנטית והזרקת וירוסים למוח, השימוש בכלים כאלה במחקרים בחיות מעבדה מאפשר לנו להרחיב את הידע על המנגנונים המוחיים המעורבים בזיכרון ולמידה. הידע החדש עשוי לפתוח צוהר להבנה טובה יותר של תהליכי מחלה, ניוון והזדקנות המלווים בפגיעה בזיכרון: תגליות בנוגע לאוכלוסיות תאים, אזורים מוחיים וחומרים כימיים המעורבים בשיפור הזיכרון או בפגיעה בו, מתוות את הדרך לחוקרים קליניים לפתח תרופות וגישות טיפוליות שיקלו על הפרעות כאלה או אף ימנעו אותן.