זה מדעים!

עף להם המוח: איך עטלפים תופסים חלל?

פרופ' נחום אולנובסקי הקים מערת עטלפים במכון ויצמן ותיעד לראשונה פעילות של תאי עצב בודדים במוח מעופף. בדרך הפך למעריץ: "עטלפים הם חיה מדהימה. יש על מה לקנא בהם"

מריאנה בננסון
08/06/2013
יח"צ - חד פעמי

(צילומי וידאו מתוך הניסויים במעבדתו של פרופ' אולנובסקי)

טוב לדעת (מקודם)

אל תתפשרו על מין לא מספק: כך תשפרו ביצועים - עם הנחה בלעדית

מוגש מטעם "גברא"

כאשר בתו של פרופ' נחום אולנובסקי הייתה בכיתה א', היא הכינה למען אחיה הקטן תרשים המפרט בשלבים ממוספרים כיצד מציירים כהלכה עטלף במעופו. היצירה המדוקדקת תלויה כעת מאחורי שולחנו של אביה במעבדה שהוא מוביל במכון ויצמן למדע, והיא ממש לא לבד. בחלק הזה של בניין אריסון לנוירוביולוגיה במכון הרחובותי, העטלף מככב. לצד הכרזות המציגות את ההישגים המדעיים, אפשר להיתקל שם בבובות בדמות עטלף, במדבקות עטלפים סגולות-כסופות מהסוג שנפוץ בארצות הברית לקראת ליל כל הקדושים וגם בשלט צנוע, פליט מדפסת, שמתרה: עטלפים מעופפים, נא לא לפתוח את הדלת.

עטלף הפירות המצרי הוא "עכבר המעבדה" של אולנובסקי ושל עמיתיו, החוקרים את הבסיס המוחי של זיכרון מרחבי, התמצאות במרחב וניווט. אולנובסקי, בן 39, יליד מוסקבה, הקים את המעבדה לפני כשש שנים, לאחר ששב מפוסט-דוקטורט באוניברסיטת מרילנד בארצות הברית. החוקרים מגדלים את העטלפים בתוך כלובים גדולים, בחדר שקירותיו מחופים באריחים שחורים. מתקרת הכלובים משתלשלים סלים ומעין סולמות חבלים, שנועדו לספק מסתור ושעשוע לדיירים, התלויים אף הם בתנוחה אופיינית - רגליים למעלה, ראש למטה. בשעות היום האור בכלובים כבוי, והעטלפים ערים. "שעות החושך הן שעות הפעילות שלהם", מסביר אולנובסקי, "אז אנחנו הופכים להם את היום והלילה, כדי שסטודנטים לא יבואו לפה באחת בלילה לעשות ניסויים, למרות שגם זה קורה לפעמים".

העטלף מככב. פרופ' נחום אולנובסקי בחברת ידיד מכונף(צילום: דרור עינב)

האקשן קורה בחדרי תעופה רחבי ידיים. במסגרת הניסויים שנעשו שם בשנים האחרונות, התבקשו העטלפים להתעופף בכל רחבי החדר, ומתקן אלחוטי זעיר שהושתל במוחם רשם את פעילותם של נוירונים (תאי עצב) בודדים. "למעשה הצלחנו לראשונה אי-פעם בעולם לרשום מנוירונים של חיה מעופפת כלשהי. יש פה הישג טכני חשוב", מציין אולנובסקי. באחרונה פרסם יחד עם תלמידו ד"ר מיכאל ירצב שנסע מאז לפוסט-דוקטורט בארצות הברית, מאמר בכתב העת היוקרתי Science, המציג את הממצאים האחרונים של פרויקט המחקר.

יותר נעים מחתול. עטלף במעבדה(צילום: דרור עינב)

"אנחנו מתמקדים באזורי מוח הנמצאים מתחת לקליפת המוח ובמרכזם ההיפוקמפוס", מספר אולנובסקי. "אנחנו יודעים שאם האזורים האלה נפגעים, גם בבני אדם וגם בחיות, יש פגיעה חריפה ביכולת לנווט ולהתמצא במרחב. כבר לפני הרבה מאוד שנים מצאו שיש שם נוירונים שנקראים תאי מקום. אם חולדה רצה על שולחן, אז נוירון מסוים יהיה פעיל רק כשהיא נמצאת בפינה הצפון-מזרחית של השולחן, נוירון אחר בפינה דרום-מזרחית, נוירון שלישי במרכז השולחן - כל נוירון במקום אחר, וביחד הם יוצרים מעין כיסוי של המרחב.

"כל הניסויים האלה – ומדובר בלמעלה מ-40 שנות ניסויים – נעשו בחולדות שנעות בקופסאות דו-ממדיות או על שולחנות אבל לעולם לא במרחב תלת-ממדי. ואנחנו חיים בעולם תלת-ממדי. גם בני אדם עולים ויורדים במעליות ובמדרגות. השאלה היא איך החלל מיוצג במוח של יונקים - וזה לא היה ידוע. אנחנו השתמשנו בעטלף, יונק שנע בתלת-ממד בצורה טבעית, כדי לענות על השאלה הזאת בפעם הראשונה".

החוקרים גילו כי גם במוחו של בעל חיים שמתעופף בתוך חלל מוגדר כמו חדר התעופה במעבדה, נוירון מסוים פועל באזור מסוים בחלל. התגלה גם כי שדה הפעילות של הנוירון הוא תלת-ממדי, וצורתו דומה לכדור. כלומר, כאשר העטלף מרחף בתוך ספירה מסוימת בחלל, נוירון אחד פועל וכאשר הוא עובר לספירה אחר, מופעל תא אחר. עוד נמצא כי החלל מיוצג בצורה שוויונית במוחו של העטלף, כלומר אותה כמות נוירונים פעילה במקומות שונים בחדר. "תוצאה דמוקרטית שכזאת", מגדיר זאת אולנובסקי.

מלבד הקושי הטכני הכרוך בהקלטת פעילות של נוירון בודד, החוקרים נתקלו גם באתגר מתחום האילוף: כיצד לשכנע את העטלפים להתעופף בכל רחבי חדר הניסוי? אולנובסקי מספר כי בתחילה ניסו להניע את העטלפים באמצעות בננות שהונחו בכמה מקומות בחדר, אך הם פשוט עפו מחטיף לחטיף ולא דיגמנו את התעופה המגוונת המבוקשת. ההשראה לפתרון הגיעה מהטבע. "באותה תקופה עשינו מחקר על ניווט של עטלפים בטבע", נזכר אולנובסקי. "השתמשנו בג'י.פי.אסים הכי ממוזערים בעולם כדי לעקוב אחר התעופה שלהם במרחב. ראינו שיש להם יכולת ניווט מדהימה, והם מנווטים לאותו העץ לילה אחר לילה. הסתכלנו על נתוני הג'י.פי.אס וראינו שסביב העץ העטלפים ממלאים את החלל הנפחי בצורה מאוד טובה: יוצאים ונכנסים, פעם גבוה, פעם נמוך. כשראיתי את זה אמרתי וואלה, זה בדיוק מה שאנחנו רוצים. אז בנינו להם עץ ממתכת ופלסטיק - כי לא ממש נוח לשים פיקוס במעבדה - וזה עבד מעולה".

למה דווקא עטלפים?

"מה שמעניין אותי זה להבין את הבסיס המוחי להתנהגות. כדי לעשות את זה, מאוד חשוב לעבוד עם חיה שאפשר לחקור את ההתנהגות שלה, שיש לה התנהגויות מעניינות. יש להם חוש סונר. הם מוציאים קריאה על-קולית, מקבלים את ההד ולפי זה ממפים את המרחב. אני יכול לשים מיקרופון ולמדוד בדיוק רב את התזמון של קריאת הסונר. מסתבר שהוא משפיע מאוד על פעילות הנוירונים. כשעושים ניסוי בחולדה שרצה במבוך, נורא קשה לדעת מתי היא הריחה משהו, שמעה משהו, ראתה משהו. פה אני יכול למדוד וזה יתרון מאוד גדול. יתרון נוסף הוא ההבדל בין אור לחושך – אני יכול לכבות את האור והעטלפים ישתמשו בסונר, ואני יכול להדליק את האור והם ישתמשו בראייה, כי יש להם ראייה טובה. בנוסף, זאת חיית בר ואפשר לחקור אותה בטבע ובמעבדה, ולהשוות בין השניים. עכבר מעבדה לא חי בטבע. חוץ מזה, זה נותן זווית ייחודית. זה יונק אחר. לא יכול להיות ש-99.9% מהמחקר ייעשה בחולדות. זה מצב לא בריא".

העטלפים המשמשים את אולנובסקי וצוותו בניסויים הם עטלפי בר וצאצאיהם, אותם הם מגדלים במושבת רבייה גדולה במכון. "אין זן 'טהור' כמו עכברי מעבדה", מבהיר אולנובסקי. "אלה ממש חיות בר או דור שני לחיות בר, שנולדו בשבי. פשוט יחסית לגדל אותם, צריך רק מקרר גדול עם הרבה פירות. בארצות הברית עבדתי עם עטלפי חרקים, שהם רגישים יותר, אבל עטלפי פירות – תנו להם בננות ומנגו וחברה של עטלפים אחרים והם מרוצים".

"תנו להם בננות ומנגו והם מרוצים"(צילום: דרור עינב)

אתה חובב עטלפים?

"בוודאי. יוצא לי גם לדבר על זה עם קהלים שונים, וזה תמיד נחמד, כי יש הרבה דעות קדומות ופחדים שיש לאנשים מעטלפים. זה חבל, עטלפי הפירות הם מרתקים. קודם כל, בעיני הם חיות יפות, יש להם פנים כלביים כאלה, או שועליים. הם פשוט חמודים. יש להם פרווה מדהימה. בלי להעליב את החתול שלי, הפרווה שלהם יותר נעימה. הם גם חיה מדהימה – התעופה, הסונאר – יש להם יכולות שכולנו קצת מקנאים בהן. הם מאוד חברתיים והם עושים דברים מאוד מרשימים שאנחנו תופסים כאנושיים. בפרט, למידה מהתבוננות.

"לנו כבני אדם זה נשמע טריוויאלי, כי זה מה שאנחנו באמת טובים בו, אבל הרוב המכריע של החיות לא יודע לעשות את זה. מבחינה מוחית, זה אומר לקחת מידע ממערכת הראייה ולהעביר את זה לאיזה הבנה קוגניטיבית ולהמיר לתנועה, שזה חלק אחר לגמרי במוח. העטלפים יודעים לעשות את זה, ואנחנו משתמשים בזה כל הזמן במעבדה. אם אנחנו רוצים ללמד עטלף למשל לעוף מסביב לעץ אז מוצאים את החריף שבחבורה, מלמדים אותו ואז משתמשים בו כמורה. העטלפים האחרים 'הנגינג אראונד', ממש מילולית – תלויים שם מסביב, והם רואים שהוא עושה משהו ומקבל אוכל בתמורה. הם לומדים ככה פי עשרה יותר מהר".

יש נחמדים, יש עצבניים. עטלפים במעבדה(צילום: דרור עינב)

לעטלפים יש אופי?

"לגמרי. יש את זה שכל הזמן רוצה לברוח ממני, יש את הנחמד, יש טיפשים ויש חכמים, יש ילדותיים ויש עצבניים - המגוון גדול".

לכל עטלף יש שם?

"רוב החבר'ה שלי נותנים להם שמות. בדרך כלל זה בא בסדרות – הסדרה הספרותית, הסדרה של דמויות הפנטזיה. הייתה לי סטודנטית אמריקאית שבדיוק למדה עברית והיא נתנה להם שמות של מילים פשוטות בעברית - 'יופי' ו'טופי' וכאלה. בקצה היותר מורכב, יש סטודנט שנותן שמות בסגנון של 'המרקיז פרנסואה'. ויש שמות יותר רגילים של בני אדם. יש כאלה שלא נותנים שמות, רק מספרים".

אחד הסטודנטים אמר שזאת המעבדה הכי מגניבה במכון ויצמן. מה יש לך להגיד על זה?

"אני חושב שכן, זאת מעבדה שנראית אחרת לגמרי. אנחנו המעבדה היחידה בעולם שעושה את המחקר הזה. היא נראית שונה – כל החדרים השחורים האלה. זה לא דומה לשום מעבדה אחרת".

אתה מפרסם בקצב טוב בכתבי עת מובילים. אתה חושב שהמחקר שלך אחד הוא המחקרים המובילים במדע הישראלי?

"אני חושב שכן, מקווה שכן. כשעובדים על חיה לא סטנדרטית, אפשר לקחת את זה לשני כיוונים: כיוון אחד שלפעמים נקרא בזלזול 'איסוף בולים' – לתאר עוד משהו על עוד איזה חיה, שזה מעניין ונחמד לסרטי טבע. אני לוקח את זה לכיוון אחר, של עיסוק בתיאוריות מובילות ובשאלות מרכזיות בתחום של חקר המוח ומשתמש בתכונות ההתנהגותיות המיוחדות של העטלף כדי לענות עליהן.

"למשל, יש תיאוריה על תאים אחרים במוח – תאי סריג – שפועלים בצורה מחזורית במרחב. התיאוריה היא שיש גלי מוח, או פעילות מחזורית בזמן, שנדרשת כדי לייצר את הפעילות המחזורית במרחב. לפני שנתיים פרסמנו מאמר ובו פסלנו את התיאוריה הזאת. הראינו שיש את אותם תאי סריג בעטלף אבל אין גלים מחזוריים בזמן. מבחינת מגניבות, זה אולי פחות מגניב מהמחקר הנוכחי אבל עובדה שזה הגיע ל-Nature, כי בעזרת החיה השונה הזאת הצלחנו להפריך תיאוריה מרכזית בתחום".

מה אפשר להשליך מהמחקר שלך על המוח האנושי?

"איך מיוצג המרחב התלת-ממדי במוח של בני אדם? זאת שאלה פתוחה. מצד אחד, התפתחנו מסוג של קופים, מחיות שקופצות בין ענפים. מצד שני, במאות אלפי השנים האחרונות ובוודאי בעולם המודרני אנחנו נעים על משטחים דו-ממדיים. אבל אנחנו עולים במדרגות, אנחנו יכולים להגיד אם אנחנו בקומה העשירית או בלובי של הבניין. יש לנו איזה הערכה של גובה. השאלה היא מה השפיע יותר, המורשת האבולוציונית הרחוקה יותר – העצים – או המורשת הקרובה יותר – הסוואנות. אנחנו לא יודעים.

"יש מעט עבודות בבני אדם. מעורב בהן פרופ' יצחק פריד, נוירוכירורג ישראלי שעובד בארה"ב. עושים ניסויים בחולי אפילפסיה שמתכוננים לניתוח. כדי להוציא כמה שפחות רקמה צריך לדעת מה המוקד של האפילפסיה, אז דוחפים לחולים האלה אלקטורודות למוח ומחכים להתקף. החולה ממילא יושב בבית החולים מחובר לכבלים, ובזמן שהוא מחכה ומשתעמם, אפשר לעשות ניסוי. אם האפילפסיה היא בהיפוקמפוס באים אליו עם לפטופ עם משחק שבו הוא מנווט והאלקטרודות מתעדות מה קורה לו במוח. עד עכשיו עשו את זה בדו-ממד, אבל אפשר לחשוב גם על משחק תלת-ממדי שבו הגיבור קופץ ומטפס".

נניח שנפצח את מנגנון הניווט בבני אדם. מה ייצא לנו מזה?

"התשובה הקצרה היא כלום. אנחנו בענייני מחקר נקי. יש פה אזור מרכזי ונחקר מאוד במוח. קודם כל צריך להבין אותו בצורה הכי בסיסית. האם יצא מזה משהו תועלתני? אני לא יודע. אנחנו כן יודעים שזה האזור הכי חשוב מבחינה קלינית. חברות התרופות משקיעות בזה הון. הרבה מאוד בעיות קשורות בהיפוקמפוס – אלצהיימר, דיכאון, אפילפסיה. אנשים ניסו לטפס במעלה הצוק ולמצוא תרופה לאלצהיימר ובינתיים לא הצליחו. השיטה של לשבור את הראש ישר בקיר לא הוכיחה את עצמה, למרות כל המיליארדים שהושקעו. יכול להיות שהגישה היותר נכונה היא לעשות את מה שהוביל לפיתוח רוב התרופות שקיימות כיום. עושים מחקר שמונע על ידי סקרנות, מנסים להבין את מערכת החיסון או את המוח, ובדיעבד מתגלה שיש לזה שימוש. במוח הבעיה המרכזית היא המורכבות. אנחנו לא מבינים עד הסוף, אפילו לא עד ההתחלה, מה משתבש באלצהיימר, שלא לדבר על דברים מורכבים יותר כמו סכיזופרניה".

מה אתם חוקרים כעת?

"יש לנו ניסוי שעוד אין לו תוצאות. ידוע מחולדות שתאי המקום לא רק אומרים איפה אתה נמצא עכשיו אלא גם מקודדים איפה אתה נמצא, שבריר שנייה קדימה. בחולדות שמגיעות לצומת וצריכות להחליט אם לפנות ימינה או שמאלה, אפשר לראות מה הנוירונים אומרים לפני שהיא עושה את הפנייה. הפעילות הנוירונלית עושה מעין סריקה, שמאלה וימינה. מסתבר שזה נותן חיזוי. אם הסריקה האחרונה היא שמאלה החולדה תפנה שמאלה. אפשר כאילו לקרוא את המחשבות של החיה, אבל רק כמה אלפיות השנייה מראש, שזה מיתרגם למרחקים קצרים מאוד. בעטלף, בגלל המהירות, זה מיתרגם למטר או יותר אפילו. השאלה היא אם אפשר לראות אפקט יותר דרמטי מאשר בחולדה".

אתה שוקל להוסיף חיות אחרות למחקר, או להחליף את העטלף בחיה אחרת?

לא, יש לנו חיה מרתקת שנותנת תובנות מיוחדות על המוח. אני נשאר עם העטלפים".

  • חדשות המדע
  • עטלפים

טרם התפרסמו תגובות

הוסף תגובה חדשה

+
בשליחת תגובה אני מסכים/ה
    walla_ssr_page_has_been_loaded_successfully