מה משותף למוח של דולפין, בן אדם וקנגורו?

שאלת מיליון הדולר שמעסיקה עד היום את עולם המחקר היא כיצד עובד המוח. עד היום רווחה הדעה כי פעילות המוח שלנו, בני האדם, מתקדמת יותר מזו של בעלי החיים, אולם במחקר ראשון מסוגו שנערך באוניברסיטת תל אביב התקבלה תוצאה מפתיעה: בניגוד לסברה הרווחת, התברר כי האבולוציה עיצבה בצורה דומה את מוחות כל היונקים: רמת הקישוריות, כלומר יעילות העברת המידע ממקום למקום במערכת העצבית, זהה אצל כל היונקים כולל האדם. ממצא נוסף שהתגלה הוא 'מנגנון פיצוי', שבו המוח מפצה על קישוריות גבוהה באזור מסוים באמצעות קישוריות נמוכה יחסית באזור אחר, כדי לשמור על איזון בסיכום כולל.

עיצוב אבולוציוני מנצח

במחקר שנערך בהובלת פרופ' יניב אסף מבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה ובית ספר סגול למדעי המוח, ופרופ' יוסי יובל מבית הספר לזואולוגיה, מוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט ובית ספר סגול למדעי המוח, ערכו סריקת MRI מתקדמת למוחות של כ-130 מיני יונקים, במטרה לזהות את רמת הקישוריות בתוך המוח.

"הקישוריות המוחית, כלומר יעילות העברת המידע ממקום למקום במוח, היא תכונה מרכזית, בעלת חשיבות רבה מאוד לתפקודו של המוח. חוקרים רבים משערים כי רמת הקישוריות במוחו של האדם גבוהה משמעותית מזו של בעלי חיים אחרים, כהסבר אפשרי לתפקודה הגבוה של 'החיה האנושית'", אומר פרופ' אסף. מנגד, פרופ' יובל מסביר כי "ידוע שתכונות ותפקודים חשובים במיוחד נשמרים במהלך האבולוציה. כך לדוגמה, לכל היונקים יש ארבע גפיים. במחקר רצינו לבדוק את ההשערה שקישוריות מוחית היא תכונה מהותית מסוג זה, שאינה משתנה מיונק ליונק, ללא קשר לגודלו ולמבנה מוחו. לשם כך נעזרנו בכלים מחקריים מתקדמים".

"גילינו שהקישוריות במוח אינה תלויה בגודלו או במבנהו של המוח. במילים אחרות, מוחותיהם של כל היונקים, מאדם ועד עכבר, מפרה ועד דולפין, שומרים על רמת קישוריות זהה, והמידע מגיע ממקום למקום במוח באותה יעילות", מסביר פרופ' אסף. "בנוסף, מצאנו שכדי לשמור על האיזון מקיים המוח מנגנון פיצוי: כשהקישוריות בתוך שני חצאי המוח (ההמיספרות) גבוהה, הקישוריות בין ההמיספרות נמוכה, ולהיפך".

במחקר השתתפו חוקרים מבית החולים הווטרינרי האוניברסיטאי בבית דגן, מבית הספר למדעי המחשב ע"ש בלווטניק ומהפקולטה לרפואה בטכניון. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Neuroscience ביוני 2020.

^{יונקים אינטליגנטיים}

הגודל לא קובע

בשלב הראשון ערכו החוקרים סריקות MRI בטכנולוגיה מתקדמת למוחות של יונקים מכ-130 מינים שונים (כל המוחות נלקחו מבעלי חיים מתים, ואף בעל חיים לא הומת לצורך המחקר), החל בעטלפים זעירים שמשקלם 10 גרם וכלה בדולפינים ששוקלים מאות קילוגרמים. מוחותיהם של כ-100 מהיונקים הללו לא נסרקו מעולם, כך שהמחקר יצר מאגר נתונים חדשני וייחודי מסוגו בעולם.

בנוסף נסרקו באותם אמצעים מוחותיהם של 32 בני אדם חיים. הטכנולוגיה הייחודית, המזהה את החומר הלבן במוח, איפשרה שחזור של הרשת המוחית: שלוחות תאי העצב במוח המשמשות להעברת מידע, והצמתים שבהם נפגשות השלוחות ומעבירות את המידע ביניהן.

האתגר הבא היה להשוות בין הסריקות של בעלי חיים ממינים שונים, שמוחותיהם שונים מאוד זה מזה בגודל ו/או במבנה. לשם כך גייסו החוקרים את תורת הרשתות, תחום במתמטיקה שאיפשר להם למדוד ולהחיל על כל המוחות מדד אחיד של קישוריות, כלומר מספר הצמתים של תאי עצב שמידע מסוים צריך לעבור בדרכו ממקום אחד למקום אחר במוח.

"מוחו של יונק מורכב משתי המיספרות המחוברות זו לזו באמצעות מערכת של סיבים (שלוחות תאי עצב) המעבירים מידע", מסביר פרופ' אסף. "אנחנו בדקנו עבור כל מוח שסרקנו ארבעה מדדי קישוריות: רמת הקישוריות בתוך כל אחת מההמיספרות, השמאלית והימנית; רמת הקישוריות בין שתי ההמיספרות; ורמת הקישוריות של המוח כולו. גילינו שהמדד הכולל עבור קישוריות המוח דומה מאוד בכל היונקים, כולל האדם. במילים אחרות: המידע מגיע ממקום למקום במוח דרך אותו מספר של צמתים עצביים במוחותיהם של כל היונקים, בין אם מדובר במוח עצום או זעיר. עם זאת, חשוב לציין שמוחות שונים נוקטים באסטרטגיות שונות כדי לשמור על קישוריות כוללת זהה. בחלק מהמוחות מצאנו קישוריות חזקה בתוך ההמיספרות וקישוריות חלשה יותר ביניהן, ובחלקם ההפך הוא הנכון".

"בנוסף גילינו שההבדלים בפיצוי ברמת הקישוריות בין חלקים שונים של המוח מאפיינים לא רק מינים שונים, אלא גם פרטים שונים באותו מין", מגלה פרופ' יובל. "כלומר, גם בקרב חולדות, עטלפים או בני אדם יש פרטים עם יותר קישוריות בתוך ההמיספרה ופחות בין ההמיספרות, ולהיפך. מאוד מעניין לשער כיצד טיפוסים שונים של קישוריות משפיעים על תפקודים קוגניטיביים שונים ועל יכולות אנושיות כמו ספורט, מוסיקה או מתמטיקה. במחקר עתידי בכוונתנו להתמקד בשאלות אלה."

חוק אוניברסלי חדש

"במחקר שלנו חשפנו חוק אוניברסלי: חוק שימור הקישוריות במוח. משמעות החוק היא שרמת היעילות של העברת מידע במערכת העצבית של המוח זהה בכל היונקים, כולל האדם, ללא קשר לגודל ולמבנה המוח", מסכם פרופ' אסף. "כמו כן גילינו מנגנון פיצוי מוחי, שמאזן את רמת הקישוריות במוח היחיד. מנגנון זה משמעו שקישוריות גבוהה באזור מסוים, שבאה לידי ביטוי בכישרון מיוחד בתחום מסוים (כמו למשל ספורט או מוסיקה), מאוזנת תמיד על ידי קישוריות נמוכה יחסית באזור אחר במוח. במחקרים הבאים נבחן תכונות ספציפיות ותהליכי למידה, וכיצד המוח מפצה על עיבוי הקשרים באזור מסוים".