מחקר ישראלי גילה: איך אנו מנווטים

מה קורה במוח שלך כשאתה מחליט לקום מהספה בסלון וללכת למטבח למזוג לעצמך מים, או לצאת לקניות במכולת השכונתית?  מהם התהליכים הנוירולוגים שמאפשרים לנו לדעת לאן לפנות ואיך להגיע למקום מסוים? מחקר ישראלי הראה בפעם הראשונה שתאי עצב במוחם של בעלי חיים – במקרה זה עטלפים – מגיבים בהתאם לכיוון ולמרחק של המטרה. כך הם מאפשרים לעטלף לדעת היכן הוא נמצא ביחס למקום אליו הוא רוצה להגיע, ולכוון את עצמו לשם.

את המחקר הובילו איילת שראל ופרופסור נחום אולנובסקי ממכון ויצמן למדע. "ההשראה למחקר הגיעה ממחקר קודם, שבו עקבנו אחר עטלפי פירות מצויים (Rousettus aegyptiacus) שלגבם הוצמד מכשיר איכון, GPS. התרשמנו מיכולת הניווט שלהם, ושאלנו את עצמנו מה הבסיס הנוירולוגי האחראי לכך", אמר אולנובסקי לאתר מכון דוידסון.

החלק הראשון בדרך לפתרון החידה כבר היה בידינו: אנו יודעים כיצד המוח מאפשר לנו לדעת היכן אנחנו נמצאים כרגע. פרס נובל ברפואה ב-2014 הוענק לחוקרים שתיארו את תאי המקום ותאי השריג (grid cells) במוח של עכברים (וככל הנראה גם שלנו). כל אחד מהתאים האלו מופעל כשהעכבר נמצא באזור אחר של סביבתו. ביחד, תבנית הפעולה שלהם נותנת לעכבר את המיקום המדויק שלו. אך החלק השני – כיצד בעל החיים מגיע מהמקום בו הוא נמצא אל המטרה שאליה הוא מכוון – נשאר עדיין כשאלה פתוחה.

התאים מופעלים בהתאם ליעד. אולנובסקי עם עטלף פירות מצוי | צילומים: איתי בלסון, מכון ויצמן למדע

עשרים מעלות ימינה

החוקרים הקליטו את דפוסי הפעילות של 309 תאי עצב בהיפוקמפוס – האזור במוח המכיל גם את תאי המיקום והשריג – של שלושה עטלפים, בזמן שעפו אל פלטפורמה שבה ידעו שיקבלו אוכל ויוכלו לנוח. אלקטרודות עדינות הושתלו בראשם - סמוך לתאים האלה, מדדו את הפעילות וחשמלית והעבירו אותה בזמן אמת באמצעות משדר זעיר שהוצמד לראשם. החוקרים מצאו שכ-19 אחוז מהתאים האלה הגיבו לזווית מסוימת בין כיוון התעופה לכיוון הפלטפורמה. חלק גדול מהם הופעלו כאשר הזווית הייתה אפס – כלומר העטלף עף ישר לעבר המטרה. אחרים הופעלו בעיקר כאשר הזווית הייתה 20 מעלות לימין, 40 מעלות לשמאל וכדומה, כך שביחד כיסו את כל 360 המעלות. התאים הופעלו בהתאם ליעד שהעטלף, עף אליו, לא לכיוונים מוחלטים כמו צפון או דרום. לראיה, כשהחוקרים הזיזו את המטרה למקום אחר, פעילות התאים השתנתה בהתאם.

העטלפים אוהבים לעופף, וכאשר שיחררו אותם בחדר הם לרוב לא עפו ישר אל המטרה אלא בחרו במסלול ארוך ומתפתל. במסלול כזה, הזווית בין כיוון התעופה למטרה משתנה תדיר, ופעולתם של תאי הכיוון-ליעד השתנתה יחד איתה.

בעזרת התאים הללו מקבלים העטלפים מידע על הכיוון שבו הם צריכים לנוע כדי להגיע למחוז חפצם. המנגנון, כך הסתבר, מבוסס על זיכרון, שכן העטלפים לא צריכים לראות את המטרה כדי שהוא יפעל. תאי הכיוון-ליעד המשיכו לפעול באותו אופן גם כאשר היה מסך בין העטלפים לבין המטרה, כל עוד הם ראו קודם איפה היא נמצאת.

מוצאים את הדרך בעזרת התאים הייעודיים. עטלף פירות מצוי מנווט אל המטרה. צילום: Kim Taylor/Warren Photographic
 

עוד עשרה מטרים ליעד

כמובן, מלבד הכיוון יש עוד נתון שחשוב לדעת כדי להגיע למקום מסוים: עד כמה הוא רחוק. ואמנם, החוקרים מצאו גם תאים שפעלו כאשר העטלפים היו במרחק מסוים מהמטרה – חלקם פעלו כשהעטלף היה קרוב משני מטר, וחלקם כאשר היה רחוק יותר משני מטר מהמטרה, או רחוק יותר מעשרה מטר.

רוב התאים הגיבו בעיקר למרחק שהעטלף היה צריך לעבור, ולא לקו הקצר ביותר בינו לבין המטרה – כלומר, אם העטלף בחר במסלול מתפתל שלקח חמישה מטר למרות שהמטרה, בקו אווירי, הייתה מטר וחצי ממנו, התאים שפעלו במוחו היו אלו שמגיבים למרחק גדול יותר משני מטר. עם זאת, הייתה קבוצה של תאים שהגיבה דווקא למרחק בקו אווירי.

ביחד, תאי הכיוון-ליעד ותאי המרחק-מהיעד מספקים לעטלף את כל המידע הדרוש לו כדי להגיע למחוז חפצו. החוקרים מציעים כי מנגנון ניווט זה, שהתגלה בעטלפים, קיים גם אצל שאר היונקים – כולל בני האדם. חיזוק להשערה זו ניתן למצוא בעובדה כי בבעלי חיים רבים פגיעה בהיפוקמפוס, האזור במוח שעמד במוקד המחקר, מוביל לירידה ביכולת הניווט. ההיפוקמפוס הוא גם מהאזורים העיקריים שנפגעים במחלת אלצהיימר, שאחד התסמינים האופייניים לה הוא קושי בהתמצאות בסביבה.  "עד עכשיו ההנחה הייתה שזו תוצאה של פגיעה בתאי המקום", אמר אולנובסקי. "לנו יש השערה חלופית: ללא תאי הכיוון-ליעד ותאי המרחק-מהיעד, בעל החיים לא מצליח למצוא את דרכו".

המחקר החדש מציע תשובה לאחת השאלות היסודיות של הנוירוביולוגיה – כיצד אנחנו מנווטים. יכולתם של בעלי חיים – מחרקים ועד ציפורים – למצוא את דרכם ולנווט במרחב מתועדת היטב, ומחקרים הראו שהם יודעים להעריך את הכיוון והמרחק של מטרה מסוימת. "ידענו שחייב להיות ייצוג של זה במוח",  אומר אולנובסקי. התאים שהוא ועמיתיו גילו הם הבסיס לייצוג זה, ייצוג פשוט שאפשר לתרגם בקלות לפעולה: הזז את ראשך לפי מה שאומרים לך תאי הכיוון-ליעד וצעד (או עוף) למרחק שמתווים לך תאי המרחק-מהיעד.