מחקר בגלי מוח יקדם טיפול במחלות ניווניות

מחקר חדש שבוצע באוניברסיטת בר-אילן מסביר כיצד גלי המוח מסנכרנים את הפעילות של אזורי מוח שונים ובכך משפרים את העברת המידע ביניהם. הגילוי עשוי לתרום לטיפול במחלות מוח ניווניות כמו פרקינסון ואלצהיימר.

בתחילת המאה ה-20, החלו מדענים לרשום פעילות מוחית באמצעות אלקטרודות המוצמדות לקרקפת. להפתעתם, הם ראו שהפעילות המוחית מתאפיינת באותות עולים ויורדים, איטיים ומהירים, שקיבלו את השם "גלי מוח". במוח הבריא, שינוי בעוצמת הגלים נצפתה בהקשר של מגוון רחב של פעולות קוגנטיביות דוגמת זכרון ולמידה. נוסף על כך, מחקרים רבים הראו ששינויים בעוצמת הגלים ותדירותם מעידים על אפילפסיה, אוטיזם ומחלות ניוון מוחי כגון פרקינסון ואלצהיימר. כך לדוגמה, מחלת אלצהיימר מאופיינת בירידה חדה בעוצמתם של גלים בתדר מסוים, ואילו באפילפסיה ישנה עלייה חדה מאוד ואבנורמלית של גלים בתדר אחר.

כיום ידוע שגלי המוח מבטאים פעילות מסונכרנת של עשרות אלפי תאי עצב (נוירונים), כך שעלייה תקינה בעוצמת הגלים מבטאת פעילות מסונכרנת של קבוצות נוירונים שונות לצורך העברת מידע במוח. מחקר שבוצע על ידי הדוקטורנט טל דלאל במעבדתו של פרופ' רפי חדד במרכז הרב תחומי לחקר המוח באוניברסיטת בר-אילן, והתפרסם בכתב העת המדעי Cell Reports, התמקד בשאלה למה וכיצד גלים אלה תורמים להעברת מידע תקינה במוח. החוקרים רצו לשנות את רמת הסנכרון (להגבירה או להפחיתה) באזור מוח השולח את המידע ולבחון כיצד הדבר ישפיע על העברת המידע וקריאתו באזור הנמען במוח.

החוקרים התמקדו באזור מוח שהוא חלק ממערכת הריח, המאופיין בעוצמה חזקה של גלי מוח. באזור זה יש סוג מסוים של נוירונים האחראים על יצירת הפעילות המסונכרנת המאפיינת גלי מוח. כדי להוריד או להגביר את סנכרון גלי המוח, החוקרים השתמשו בשיטה חדשנית הנקראת "אופטוגנטיקה" (Optogenetics), המאפשרת הפעלה או כיבוי של פעילות עצבית (ממש כמו מתג on & off) על ידי הקרנה של הבזקי אור על פני המוח. כך ניתן לכבות או להדליק באופן ספציפי את הפעילות של הנוירונים מייצרי הסנכרון ולבחון כיצד שינוי הפעילות המסונכרנת של נוירונים רבים באזור מוח אחד תשפיע על מעבר המידע לאזור המוח הבא, הקורא את המידע. האזור שבו בוצעה המניפולציה במחקר (העלאה או הורדה של סנכרון) הוא אזור העיבוד הראשוני במערכת הריח. משם המידע המסונכרן או הלא-מסונכרן, בהתאם למניפולציה, מועבר לאזור אחר במערכת הריח שאחראי על עיבוד ברמה גבוהה יותר.

נמצא שהגברת הפעילות המסונכרנת של נוירונים באזור המוח השולח את המידע הביאה לשיפור ניכר בהעברת המידע ובעיבודו באזור המוח הבא. באופן הפוך, כאשר הורידו את רמת הסנכרון באזור המוח השולח את המידע, ייצוג המידע באזור המוח הבא נפגע. בגילוי היה גם חלק בלתי צפוי: החוקרים הופתעו מכך שהפעלת נוירונים מסוימים שהביאו לעלייה בסנכרון גרמה גם לירידה ברמת הפעילות הכוללת באזור זה, אך עצם העובדה שהנוירונים פועלים בסנכרון חיפתה על הירידה בפעילות ואף שיפרה את מעבר האינפורמציה.

החוקרים הסיקו מכך על חשיבותה של פעילות מוח מסונכרנת להעברה מידע ועיבודו. כאשר אלפי נוירונים פועלים בסנכרון, העברת המידע במוח נעשית באופן עוצמתי ואמין יותר, בהשוואה למצב שבו הפעילות אינה מסונכרנת וכל נוירון פועל באופן עצמאי ללא קשר לקבוצה.

ממצא זה יכול להסביר מדוע ירידה בפעילות המסונכרנת, המבטאת ירידה בעוצמת הגלים, עלולה לגרום לפגיעה קוגניטיבית במחלות מוח ניווניות דוגמת אלצהיימר. עד היום מחקרים הראו מתאם בין ירידה בסנכרון ובין מחלות מוח ניווניות, אך לא הראו למה ואיך זה קורה. במחקר זה הודגם כיצד הסנכרון תורם להעברה ועיבוד של מידע במוח, וזו יכולה להיות הסיבה לכך שבסופו של דבר רואים פגיעה קוגנטיבית אצל החולה.

המחקר מציע אפשרויות חדשות לטיפול במחלות מוח ניווניות. ייתכן שבעתיד יהיה ניתן לתקן פעילות מוח לא תקינה על ידי גירוי ספציפי של נוירונים מסוימים, כמו הבזקי האור ששימשו למניפולציה במחקר זה, כדי להביא את הסנכרון לרמה הנדרשת לפעילות מוח תקינה.