|
מידע
לקהל הרחב - Science to Public
על הטעם שבזיכרון
ד"ר
קובי רוזנבלום, ראש החוג לנוירוביולוגיה ואתולוגיה, וראש המעבדה לחקר
מנגנונים תאיים ומולקולריים של למידה וזיכרון
כיצד נוצרים הזיכרונות במוחנו? מדוע אנו זוכרים פרטים מסוימים אבל
שוכחים אחרים? האם עולם הזיכרונות שלנו, עולמנו, מכיל רק זיכרונות
שנלמדו בעזרת השפה או שישנם זיכרונות אחרים, זיכרונות לרגשות, לתנועות
לטעמים וריחות שאיננו יכולים לדווח עליהם אבל הם מדריכים וקובעים את
התנהגותנו ואת מי שאנחנו? האם אנחנו קרובים להבנה מכנית של אבני הבניין
המשמשים ליצירת ושימור זיכרוננו הפשוטים ואת זיכרונותיהם של בעלי החיים
האחרים?
המחקר מנסה לעלות על שאלות אלו ע"י בדיקת תהליך למידה פשוט לכאורה,
במספר רמות. ברמה ההתנהגותית: לבדוק זיכרון ולמידה חושיים שאינם
תלויים בשפה; ברמה הנוירואנטומית: לברר איפה במוח מתרחשים השינויים
היוצרים את הייצוג הפנימי של הקלט החושי; ברמה התאית: לחשוף את תאי
העצב המעורבים בתהליך ואת השינויים החשמליים המתרחשים בהם; וברמה
המולקולרית: זיהוי המולקולות והתהליכים המולקולריים המאפשרים את
השינויים בתאי העצב אשר מתווכים את הזיכרונות.
על הטעם
במעבדה אנחנו חוקרים כיצד נוצרים ונשמרים זיכרונות לטעמים, סוג למידה
פשוט המאפשר הגדרה ברורה על-פי מספר מולקולות ומתווך על- ידי מספר
אזורי מוח ידועים, כולל
אזור מוגדר בקליפת
המוח (קליפת המוח של הטעם שהיא חלק מהקורטקס האינסולרי)
המעניין את חוקרי
המוח באופן מיוחד.
חשיבותם של לימוד וזיכרונות לטעמים חיונית להישרדות במהלך האבולוציה של
האדם ובבעלי חיים אחרים ולכן הם גם נגישים יותר לשאלות יסוד ומחקר
בתחום הבנת המוח.
ובנימה אישית יותר, כאשר אני חוזר בזיכרוני, לחורף ירושלמי קר בכיתה ד,
אני יכול לדלות מזיכרוני מספר תמונות (זיכרון ויזואלי) אבל גם זיכרון
חי מאוד לטעם מאוד מסוים (זיכרון כימי). נסעתי בקו מספר 4 מהגבעה
הצרפתית למושבה הגרמנית פעמיים בשבוע לקבל שעורי העשרה במושבה הגרמנית
בירושלים. ואכן שמחתי מאוד בנסיעה זאת, לא מפני שיעורי העשרה שנשכחו זה
מכבר אלא מפני מוכר התורמוסים הצהובים בעשר אגורות אשר העמיד את דוכנו
הקטן בקרבת התחנה של אוטובוס מספר 4. טעם הגמול עבור השעות הארוכות
באוטובוסים ובכיתה במקום משחק עם חברים, ממשי עכשיו כמעט כמו שהיה ממשי
אז בנייר העיתון הממוחזר.
שלבים בזמן של למידת טעם
תהליכי למידה וזיכרון מתחילים ברכישת המידע החושי. לגבי חוש הטעם -
חמוץ, מתוק, מלוח, מר, או טעם מורכב יותר, התהליך מתחיל בנקודת הזמן
שבה הקולטנים בפה קולטים את ההרכב הכימי. בנוסף עובר מידע פיסיקלי
וכימי על הטמפרטורה ומרקם המזון, המתורגם לשפה חשמלית המוכרת לתאי
העצב. אות חשמלי-כימי עובר למספר תחנות- אזורים במוח ונוצר במוחנו או
במוח בעל החיים ייצוג-פנימי או החוויה של טעם מסוים, שוקולד מריר עם
אגוזים לדוגמא.
באופן עקרוני ניתן לומר שהחומרה המתווכת את רכישת המידע החושי נמצאת
בנקודות המגע והחיבור שבין תאי העצב (הסינפסות) ששימשו ליצירת אותו
ייצוג פנימי שאנחנו מגדירים בעזרת השפה כשוקולד מריר עם אגוזים.
השינויים בחוזק הקשר בין תאי העצב שמתרחשים מהר מאוד, בחלקי השנייה,
באזורי המוח האחראים על טעם, הם שמתווכים ומחזיקים את הטעם החדש שנמצא
בפינו ליצירת הניסיון או התחושה של טעם השוקולד.
האם הייצוג הפנימי החדש שנוצר של שוקולד או כל זיכרון טרי אחר, ישמר
במוחנו או ישכח וימחק לאחר זמן קצר - זו שאלה שהמוח עסוק בה כל הזמן
באופן לגמרי לא מודע. בהכללה אפשר לומר שאם המידע החדש חשוב
לבעל-החיים או לאדם, הוא ישמר באופן שאפשר יהיה לשולפו בקלות ימים
ושנים מאוחר יותר. באופן אינטואיטיבי ניתן לראות שחלק מהחוקיות של "מה
חשוב" נטבע בנו ובבעלי החיים במהלך האבולוציה. חלק אחר המגדיר "מה
חשוב" שונה בין בעל-חיים אחד למשנהו וגם בין אדם אחד לרעהו ובהחלט יוצר
שונות בין בני-אדם שונים.
הדימוי שאפשר להשתמש בו להמחשת יצירת הזיכרון הטרי הוא יצירת כלי
קרמיקה. בשלב רכישת הזיכרון נוצר מבנה ממוחנו שמייצג את המידע החושי
החדש (כן, ממש מיבנה פיזי מסוים). המבנה הזה שביר ויש סיכוי רב שלא
ישמר אבל אם הוא חשוב או שאנחנו במצב מסוים, המבנה יכנס לתנור וכמו כלי
קרמיקה יצא ממנו יציב וחזק למשך ימים רבים וגם לכל חיינו. השלב הזה של
התנור שיוצר זיכרון קשיח ועמיד שאיננו מודעים לו כלל וכלל, הוא תהליך
גיבוש הזיכרון. במעבדה אנו מנסים להבין את תהליך גיבוש הזיכרון ברמת
המחקר הבסיסית. הבנת תהליך גיבוש הזיכרון יכולה להביא מזור ועזרה
במקרים שבהם יורדת איכות
הגיבוש לדוגמא מחלות מסוימות כגון מחלת השיטיון וזקנה, אבל גם בסוגי
הפרעות בהם הזיכרונות עוברים גיבוש חזק מדיי, עולים בקלות רבה ובחוזק
רב מידיי ולפיכך מפריעים לתפקוד תקין ויוצרים מחלות אחרות כגון סינדרום
פוסט טראומתי.
גיבוש הזיכרון מתחיל מיד לאחר רכישת הזיכרון ונמשך דקות, שעות וגם
ימים רבים. כאשר אנו דנים בגיבוש זיכרונות ניתן להבחין בין שני סוגי
תהליכים. התהליך הראשון, תהליך "התנור" הוא שלב של גיבוש מולקולארי
או תאי, שנמשך בין דקות למספר שעות. תהליך הגיבוש השני נקרא גיבוש
מערכתי ומעורב בו מעבר מידע מאזור אחד במוח למשנהו, בדרך כלל מעבר
מאזור הנקרא היפוקמפוס לקליפת המוח. תהליך זה אורך ימים, שבועות, וגם
שנים. משמעות העניין הוא שחודשים רבים לאחר שחווינו חוויה שיצרה זיכרון
או "ייצוג פנימי", ממשיך המוח ללא ידיעתנו לעבד את המידע ולהעבירו
מאזור אחד למשנהו.
תהליך הגיבוש נגלה לחוקרים ולרופאים באופן ברור כאשר ישנה פגיעה במוח.
הפגיעה יכולה להיות התנהגותית, פיזית, חשמלית, כימית או פרמקולוגית,
באמצעות תרופות. לאחר הפגיעה במוח ניתן לראות לפעמים שהזיכרונות שנרכשו
לפני הפגיעה יציבים ונורמאליים אבל זיכרונות שנרכשו בסמוך לפגיעה אבדו
או בלתי ניתנים לשליפה. תצפיות אלו הן שהובילו בין השאר להבחנה בין שני
מאגרי זיכרון: מאגר לטווח קצר של זיכרונות שנרכשו בשעות או ביום
האחרון, ומאגר לטווח ארוך ובו זיכרונות שנרכשו במהלך חיינו. השלב
האחרון הוא שלב השליפה מהמאגר או ההיזכרות. חשוב לציין שכל שליפה של
זיכרון יכולה ליצור למידה וגיבוש של הזיכרון הנשלף (ולא הזיכרון
המקורי), אולם כאן לא נרחיב את הדיבור בתהליך מורכב זה הנקרא גיבוש
מחדש.
גיבוש הזיכרון ברמה המולקולרית
בעוד שחלק מהתהליכים המשרתים את מנגנון גיבוש הזיכרון חופפים בזמן
וניתנים להגדרה מדויקת רק במקרים קיצוניים, לביוכימאים שבין חוקרי המוח
ישנה הגדרה אוניברסאלית לגיבוש זיכרון מולקולארי ותאי. כבר בשנות ה-60
וה-70 של המאה הקודמת שמו לב מספר חוקרים שאם נותנים אנטיביוטיקות
הפועלות כמעכבי יצור (סינתזת) חלבונים נוצרת פגיעה ברורה בהיווצרות
זיכרונות לטווח ארוך ללא כל פגיעה בזיכרונות לטווח קצר. במהלך 40 השנים
האחרונות, נבדקו מעכבי סינתזת החלבונים בבעלי חיים שונים בסוגי למידה
שונים ונמצאו תמיד כפוגעים בזיכרונות לטווח ארוך ולא ברכישת הזיכרון או
בשימורו למשך דקות עד שעות לאחר הלמידה. לפיכך ניתן להגדיר זיכרון
לטווח קצר כבלתי תלוי במעכבי סינתזת חלבונים וזיכרון לטווח ארוך
כזיכרון ששיבושו תלוי במעכבי סינתזת חלבונים. ומספר מילים על סינתזת
חלבונים: כדי להרגיע ולהבהיר שהאנטיביוטיקות שאנו נוטלים בזמן מחלה
פועלות באופן כללי על החיידקים ולא על תאי גופנו. כאשר אנו מדברים על
סינתזת חלבונים הכוונה למנגנון אשר הופך את המידע המקודד ב-DNA
של כל אחד מתאי גופנו לחלבונים אשר קובעים כיצד יתפקד כל תא ובהרחבה
כיצד יתפקדו כל איברי גופנו. באופן מדויק יותר סינתזת החלבונים היא
השלב בו מתורגם המידע הנמצא ב-mRNA
(מידע זה מקורו בשעתוק ה-
(DNAלחלבון
באחד התהליכים המורכבים ביותר בכל תא וגם כמובן בתאי עצב.
לאחרונה נערך מחקר במעבדה הקשור בהגדרה הביוכימית של זיכרון לטווח
ארוך. המחקר ניסה לבודד את המנגנון בתאי העצב שמאפשר לבודד את תהליך
הגיבוש של הזיכרון ונפגע על ידי מעכבי סינתזת החלבונים.
לפני מספר שנים הראנו שעיכוב סינתזת חלבונים באזור קליפת המוח שאחראי
על למידת טעמים חדשים (או בשפת החוקרים, אזור מוחי המתווך את יצירת
ושימור הייצוג הפנימי של הטעמים) פוגע ביצירת זיכרון טעם לטווח ארוך
אבל לא לטווח קצר וגם אינו פוגע בשליפת זיכרונות לטעמים שנלמדו זה
מכבר. במחקר אחר אנו בודקים האם בזמן גיבוש הזיכרונות בקליפת המוח
מתרחש ויסות של מנגנון
תרגום בתאי
העצב, והאם מנגנון ויסות התרגום בתא העצב משתתף בתהליך הגיבוש. בהשאלה
ניתן לאמור כי אנו מחפשים אחר המנגנונים המולקולאריים המשמשים ככפתורים
וברזים השולטים על אותו תנור ההופך את הקרמיקה מנוזלית למוצקה, קשיחה
ועמידה להפרעות שונות.
את מנגנון תרגום החלבונים שהינו מורכב מאוד, אפשר לחלק לשלושה
תהליכים: תחילת התרגום, התארכות השרשרת החלבונית סיום התהליך.
באנליזות מולקולאריות מצאנו שבזמן גיבוש זיכרון הטעם (לא טעם מסוים
אלא כל טעם חדש) אפשר לראות
הגברה בשלב
תחילת התרגום החלבוני בתאי-עצב המתווכים את לימוד הייצוג הפנימי בקליפת
המוח. משמעות האנליזה שהברז האחראי על שלב תחילת התרגום החלבוני "פתוח
יותר" בשלב של גיבוש זיכרון.
ומה לגבי שלב הארכה ביצירת החלבון? כאן ציפתה לנו הפתעה כאשר בניגוד
להיפותזת הניסוי מצאנו שישנה הפחתה ולא עלייה בכמות של הארכת החלבונים
החדשים שנוצרים. גם הפעם האפקט לא היה תלוי בטעם מסוים אלא בכל טעם
חדש. בנוסף בדקנו האם ויסות שלב הארכת החלבון מתרחש בגוף תא העצב או גם
בשלוחות הרחוקות ובעיקר בנקודות המגע בין תאי העצב (הסינפסות). מצאנו
שאכן "סגירת ברז" - הארכת החלבון החדש מתרחשת גם בסינפסות. משמעות ממצא
זה הוא שתהליך הגיבוש המולקולארי או "ההכנסה לתנור" מתרחש באופן מקומי
בסינפסת תא העצב ואינו דורש בהכרח שותפות של כל תא העצב בתהליך
הגיבוש (ובלשון המדע: ספציפיות סינפטית בניגוד לספציפיות תאית).
כדי להסביר את התהליכים הסותרים בתהליך התרגום החלבוני בתא העצב בזמן
גיבוש הזיכרון (יותר תחילת התהליך ופחות הארכת החלבון) הצענו מודל
שמראה שסוג מסוים של
mRNA
(אלו המתקשים בתחילת התרגום החלבוני) מקבלים העדפה בזמן גיבוש הזיכרון.
ואכן כאשר בדקנו את ביטוי אחד החלבונים האלו
מצאנו
שביטויו בסינפסה עולה.
משמעות תוצאות מחקר היא שבזמן גיבוש הזיכרון ישנה עלייה ספציפית
בביטוי חלבונים מסוימים באזור המוח הרלוונטי, האוצר בתוכו את הזיכרון
כתוצאה מויסות מורכב של תהליך התרגום התאי. השינוי בביטוי אוכלוסיית
החלבונים המאפשרים את תהליך הגיבוש, נשלט הן על ידי בקרת תחילת התרגום
והן על ידי הארכת התרגום החלבוני. לפיכך אפשר לחשוב על מולקולות אשר
יכולות לווסת את תהליך התרגום התאי בתאי העצב וישמשו כתרופות.
האם אפשר לגזור מתוצאות מחקר זה דרכים חדשות להילחם בפגיעה בתפקוד
מוחי כתוצאה מזקנה או מחלות ניוון עצבים? למרבה השמחה התשובה חיובית.
במספר מחקרים אחרונים שערכנו עם עמיתים בארצות הברית ובקנדה מצאנו
שעכברים טרנסגניים (עכברים אשר עברו מניפולציה גנטית לביטוי או החסרה
של גן מסוים ובמקרה שלנו גנים היוצרים חלבונים השולטים או מבקרים שלבים
שונים בתרגום החלבונים), אשר מראים עליה מתונה בשלב תחילת התרגום
החלבוני, מראים גיבוש טוב יותר של זיכרונות שונים באופן כללי ושיפור
ביכולות הגיבוש לזיכרון לטעמים באופן ספציפי.
תוצאות אלו של מחקר בסיסי בהבנת התהליכים הביולוגיים והכימיים המשרתים
תהליכים קוגניטיביים כמו זיכרון ולמידה, מאפשרות זיהוי מטרות חדשות
לתרופות שיאפשרו שיפור תהליכים קוגניטיביים הנגרמים ממחלות וזקנה.
בשנים הקרובות נהיה מעורבים בהמשך המחקר בכיוון זה.
|
