גילויים חדשים בחקר מחלות ניווניות

מאמר שהתפרסם לאחרונה מאתגר מוסכמות רווחות וותיקות בנוגע לתפקודם של תאי עצב. הממצאים פותחים פתח למחקרים חדשים בתחום המחלות הניווניות ועשויים לתרום לפיתוחים בתחום הבינה המלאכותית ולמידת המכונה.

ניסויים מסוג חדש מראים שפער הזמן הנדרש עבור ירי עוקב (re-excitation) של תא עצב הוא ארוך הרבה יותר מאשר היה מקובל לחשוב. על פי הידע הקיים בתחום מדעי המוח, כל תא עצב מתפקד כרכיב הניתן לגירוי וירי של פולס חשמלי. האותות החשמליים הנכנסים לתא אחד מתאי עצב שכנים מצטברים, וכאשר סף הגירוי של תא המטרה נחצה, הוא מייצר פולס חשמלי קצר הנשלח לתאי העצב המקושרים אליו.

במשך יותר מ-100 שנים ההשערה הרווחת הייתה שכל תא עצב מתאפיין בזמן מנוחה ייחודי קצר של שתיים-שלוש אלפיות השנייה אחרי ירי הפולס החשמלי, ובזמן הזה הוא אינו יכול לייצר ירי נוסף. לאחר זמן המנוחה הזה מגיעה תקופה ארוכה יותר של תגובות עצביות "מגומגמות" עד אשר התא מסוגל שוב לייצר תגובה חשמלית הדירה.

במאמר, שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעי Physical Review E, קבוצת מחקר בהובלת פרופ' עדו קנטר מהמחלקה לפיזיקה והמרכז הרב-תחומי לחקר המוח באוניברסיטת בר-אילן, מאתגרת את הידע הקונבנציונלי בכך שהיא מאירה שלושה מאפיינים שאותם גילתה במחקר על תקופות המנוחה של תאי עצב.

ראשית, משך המנוחה של תאי עצב עשוי להגיע ל-20 אלפיות השנייה, כלומר כמעט פי 10 יותר משהיה נהוג לחשוב. תקופות מנוחה ארוכות אלה עשויות להתארך אפילו עוד יותר כתלות בפעילות העצבית שקדמה להן.

שנית, תקופת המנוחה רגישה למקור הקלט, כלומר למקור האות החשמלי שנקלט בתא העצב. גירויי תאי עצב מכיוונים שונים, "שמאל" או "ימין", גורמים לתקופות מנוחה שונות: לדוגמה, גירוי "משמאל" יוביל לתקופת מנוחה ארוכה הרבה יותר מאשר זו שיגרום לה גירוי "מימין".

לבסוף, תא העצב הוא רכיב מדויק מאוד עם מעברים חדים מתקופת המנוחה לתגובתיות מלאה, ללא תקופת ביניים של "גמגום", אשר בה, כפי שנהוג לחשוב, ההסתברות לעורר תגובה חשמלית מלאה נמוכה מאחד.

"הגענו למסקנה הזאת באמצעות שימוש במערכת ניסויית חדשה, אבל בעיקרון תוצאות אלה, כמו גם תכונות אניזוטרופיות [תלויות כיוון] אחרות של תא העצב, יכולות היו להתגלות באמצעות שימוש בטכנולוגיה שקיימת מאז שנות השמונים," אמר פרופ' קנטר. "האמונה בת מאה השנים אשר הייתה מושרשת בעולם המדעי גרמה לעיכוב מחקרי של כמה עשורים".

ממצאי קבוצת המחקר של פרופ' קנטר קוראים לבחינה מחודשת של תפקודים עצביים מעבר למסגרת המסורתית, ובמיוחד לבחינת מקורן של מחלות ניווניות. תאי עצב שאינם מסוגלים להבחין בין "ימין" ובין "שמאל", בדומה לדיסאוריינטציה של הגוף כולו, מאופיינים בפעילות מוטעית. "הממצאים שלנו עשויים להיות נקודת מוצא לגילוי המקור של הניוון העצבי. עבודה זאת גם פותחת אופקים חדשים בתחום האלגוריתמים של למידה עמוקה ויישומים מבוססי בינה מלאכותית המחקים תכונות אניזוטרופיות, במקום צמתים איזוטרופיים [isotropic nodes, צמתים שאינם תלויים כיוון], אשר בהם משתמשים כיום ביישומי למידת מכונה," הוסיף פרופ' קנטר.