تم الكشف عن كود عصبي جديد للتنقل في مساحات كبيرة في "نفق الخفافيش" في معهد وايزمان للعلوم
من المعتاد مقارنة الدماغ بالكمبيوتر - فالخلايا العصبية المنظمة في دوائر كهربائية معقدة هي الأجهزة، في حين أن البرامج عبارة عن مجموعة واسعة من الرموز العصبية التي تتحكم في نشاط الخلايا العصبية. ومع ذلك، يبدو أحيانًا أن الدماغ يؤدي بنجاح المهام التي يبدو أن أجهزته غير مناسبة لها. على سبيل المثال، تعتبر قدرتنا وقدرتنا لدى الثدييات الأخرى على التنقل في مساحات كبيرة أمرًا مفاجئًا نظرًا لحقيقة أن تعقيد الإدراك المكاني مناسب على ما يبدو لتمثيل مساحات أصغر بكثير. لقد اقترب علماء معهد وايزمان للعلوم من حل هذا اللغز من خلال التفكير خارج الصندوق التجريبي: مزيج من نماذج حيوانات غير عادية - خفافيش الفاكهة - مع نظام تجريبي غير عادي أيضًا - نفق خفافيش بطول 200 متر. النتائج التي توصلوا إليها والتي يتم نشرها على نطاق واسع في المجلة العلمية العلم، الكشف عن كود عصبي جديد لترميز الإدراك المكاني.
"يُطلب من الخفافيش والثدييات الأخرى التنقل لمسافات كبيرة جدًا في البرية. في ليلة واحدة، يمكن للخفاش الواحد أن يقطع مسافة حوالي 20 كيلومترًا - وهذا فرق كبير جدًا عن صناديق المتر الذي اعتدنا على إجراء تجارب الإدراك المكاني فيه". ناحوم أولانوفسكي من قسم البيولوجيا العصبية في معهد وايزمان. أدرك فريق البحث الذي يقوده أنه من أجل وصف السلوك الطبيعي للثدييات بأمانة، يجب على المرء أن يذهب إلى أبعد من ذلك - فقد افترضوا أن التغيير في حجم الفضاء سوف ينعكس في نشاط عصبي مختلف عما تم الكشف عنه. حتى الآن.
من أجل اختبار فرضيتهم، بدأ البروفيسور أولانوفسكي في بناء أول نفق للخفافيش من نوعه في العالم: هيكل محكم الإغلاق يشبه الدفيئة، بطول 200 متر، تم بناؤه في مقر المعهد. يوضح البروفيسور أولانوفسكي: "200 متر لا تعني 20 كيلومترًا بالضبط، ولكنها أقرب بكثير إلى البيئة الطبيعية من الإعدادات التجريبية المقبولة". ومن أجل مراقبة النشاط العصبي للخفافيش أثناء الطيران، طور الباحثون نوعا من "المسجل العصبي" اللاسلكي الصغير الذي تم وضعه على رؤوسهم وتسجيل النشاط العصبي في الحصين - منطقة الدماغ المسؤولة، من بين وأشياء أخرى، لترميز تصور الفضاء المادي. بالإضافة إلى ذلك، وضع الباحثون مجموعة من الهوائيات ذات إمكانيات تحديد موقع دقيقة للغاية - أكثر دقة من أنظمة تحديد المواقع - حتى يتمكنوا من معرفة مكان تواجد الخفافيش بالضبط في أي لحظة. مزيج من هذه العناصر الثلاثة - مساحة كبيرة للتنقل فيها، وجهاز صغير لقياس النشاط العصبي ونظام تحديد المواقع الدقيق بشكل خاص - سمح للباحثين بتتبع نشاط الدماغ لدى الأشخاص الذين يطيرون لأول مرة في بيئة تحاكي أجسامهم بشكل أفضل. السلوك الطبيعي.
البحث - بقيادة طلاب الدكتوراه تامير إلياف وشير ميمون وبالتعاون مع العالمة الدكتورة ليورا ليس - يرى الضوء في وقت رمزي: قبل 50 عامًا اكتشف جون أوكيف "خلايا المكان"؛ وهو الاكتشاف الذي منحه جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام 2014. خلايا الموقع هي خلايا محددة في الحصين يتم تنشيطها عندما نكون في نقطة معينة في الفضاء، وتشكل في الواقع نوعًا من الخريطة المعرفية لبيئتنا. ومن المهم أن نلاحظ أن اكتشافات أوكيف وآخرين كانت مبنية على تجارب أجريت على القوارض في بيئة محدودة للغاية ليست قريبة من بيئتها الطبيعية. إذا كانت كل خلية مكانية تمثل نقطة في الفضاء، فإن الخفافيش ستحتاج إلى عدد هائل من الخلايا العصبية، ما بين 1013-1015، من أجل تمثيل مساحة الملاحة التي يبلغ طولها عدة كيلومترات في الطبيعة بنجاح. ومع ذلك، فإن الخفافيش لديها حوالي 105 الخلايا العصبية الموجودة في الحصين فقط، ومع ذلك فهي تتنقل في طرق معقدة وطويلة كل ليلة.
يمكن تنشيط كل خلية عصبية من خلال عدة مواقع مختلفة
الآن، وبفضل الإعداد التجريبي المبتكر، تمكن الباحثون من حل اللغز: عندما تتنقل الخفافيش في بيئة كبيرة، فإن خلايا مكانها تغير سلوكها بشكل ملحوظ مقارنة بالنموذج التقليدي. أولاً، بدلاً من تمثيل حقل موقع واحد - أي منطقة واحدة في الفضاء - تم اكتشاف أن خلايا الموقع يمكن أن تمثل عدة مناطق. ليس هذا فحسب، بل إن حجم أو حجم كل منطقة تمثلها خلية الموقع يمكن أن يختلف، وأحيانا يصل الفرق إلى 20 ضعفا. وبعبارة أخرى، يمكن تنشيط كل خلية عصبية من خلال عدة مواقع مختلفة في الفضاء، حيث يمكن أن يكون لكل موقع القرار مختلفة بشكل كبير. ومن خلال هذا النوع من التشفير غير التقليدي، تتمكن الخفافيش من التغلب على ما يسمى بقيود الأجهزة والتنقل بنجاح في الفضاء.
ومن أجل فهم النتائج التي توصلوا إليها من نفق الخفافيش بشكل أفضل، قارن الباحثون استخدام نماذج الكمبيوتر بين الكود العصبي الذي اكتشفوه والنموذج التقليدي. وفي مقارنة أجراها البروفيسور ميشا تسوديكس من قسم البيولوجيا العصبية، والدكتور يوناتان الهادف، الباحث السابق في مختبر البروفيسور أولانوفسكي والآن عضو هيئة التدريس في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو، تبين أنه على الرغم من أن الجهاز الجديد لا يتمتع الكود العصبي بميزة كبيرة في البيئات الصغيرة، فهو أكثر كفاءة ودقة عندما يتعلق الأمر بالبيئات الكبيرة. وساهم تحليل آخر للبيانات أجراه جيلي جينوسار، طالب الدكتوراه في مختبر البروفيسور أولانوفسكي، في فهم سبب عدم اكتشاف الكود العصبي الجديد حتى الآن ولماذا يظهر في البيئات الكبيرة، ولكن ليس في البيئات الصغيرة.
يقول البروفيسور أولانوفسكي: "إن النماذج النظرية الإضافية التي أنشأناها قدمت أيضًا تفسيرًا ميكانيكيًا محتملاً لكيفية إنشاء هذا الكود في الحصين". "نعتقد أن هذه النتائج صالحة أيضًا لأنواع أخرى من الثدييات التي تتنقل في بيئات كبيرة، بما في ذلك البشر."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
