חושים מחודדים

כיצד פועלים מנגנוני ההסתגלות והוויסות החושי בגופנו?

24 ביוני 2014

האגדה על הילד שצעק "זאב זאב" ללא הצדקה עד שאנשי הכפר לא האמינו לו במקרה של מצוקה אמיתית אינה רק סיפור טוב. מתברר שהיא משקפת אמת ביולוגית עמוקה: מערכת העצבים שלנו אינה מסוגלת לפעול לאורך זמן במצב של עוררות גבוהה. הסיבה לכך נעוצה במנגנוני הסתגלות שמפעילות כל המערכות החושיות בגופנו, מנגנונים שמווסתים את תגובת תאי העצב לגירויים שונים. בין היתר אחראית תופעת ההסתגלות לכך שלאחר כמה דקות נצליח לנהל שיחה בחדר רועש, נוכל לקרוא ספר לאחר שעברנו מחדר מואר לחדר חשוך למחצה ולא נהיה ערים למגע הבגדים בגופנו. נראה כי ההסתגלות נועדה להתגבר על הפער בין הטווח העצום של הגירויים שקולטת מערכת העצבים לבין אמצעי העיבוד המוגבלים שלה. עוצמת הקול לדוגמה יכולה להשתנות פי כמה אלפים, אך תאי העצב מסוגלים לשנות את תדירות הירי של האותות שלהם פי כמה מאות בלבד. בזכות מנגנוני ההסתגלות יכולים תאי העצב לעבוד תמיד בתחום התדירויות היעיל ביותר שלהם, גם כאשר הם נדרשים לקלוט ולהעביר גירויים חזקים כמו רעש רכבת וגם במקרה של גירויים חלשים כמו לחישה. אחת הדוגמאות הבולטות לתופעת ההסתגלות היא שכאשר גירוי כלשהו חוזר על עצמו באופן קבוע, תגובת תאי העצב אליו הולכת וקטֵנה.

במחקר שנעשה במעבדתו של פרופ' אילן למפל מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, ושהתפרסם באחרונה בכתב העת Journal of Neuroscience, ביקשה החוקרת הבתר־דוקטוריאלית מקבוצתו, ד"ר קטי כהן־קאשי, לבחון מה קורה כאשר מפרים אפילו במקצת את האופי המחזורי של הגירוי. לשם כך תוכנן ניסוי שבו נמדדה תגובת תאי העצב בקליפת המוח של חולדות לסדרה מחזורית של גירויים בשערות השפם שלהן – ולאחר הפסקה קצרה, שבה לא ניתן כל גירוי, קיבלו החולדות גירוי פתאומי נוסף בשערות בעוצמה זהה. התוצאות הראו כי כצפוי, בזמן הגירוי המחזורי יורדת בהדרגה תדירות הירי של תאי העצב פי שלושה־ארבעה. עם זאת התגובה לגירוי הפתאומי הייתה מפתיעה: כשליש מהתאים הגיבו לו בעוצמה חזקה פי שלושה מתגובתם לגירוי הראשון בסדרה המחזורית. פרופ' למפל מסביר את הממצא המפתיע בכך שהגירוי הפתאומי "שובר" את ההסתגלות. מנגנון זה משרת צורך הישרדותי: הוא מוודא כי המערכת החושית תחפש תמיד הפתעות ומידע חדש, אשר מחייבים תפישה ותגובה, ותתעלם מגירויים חוזרים, חסרי משמעות. בזכות מנגנון זה נצליח לדוגמה לבודד את הרעש שישמיע זאב מתוך הרעשים המונוטוניים של היער.

תופעת ההסתגלות אחראית לכך שלאחר כמה דקות נצליח לנהל שיחה בחדר רועשצילום: שאטרסטוק
תופעת ההסתגלות אחראית לכך שלאחר כמה דקות נצליח לנהל שיחה בחדר רועש
צילום: שאטרסטוק

המחקר אמנם נעשה בחולדות, אך פרופ' למפל מציין כי הממצאים מספקים הסבר לניסויים שנעשו בבני אדם. כך, למשל, בניסוי שביצעו מדענים איטלקים קיבלו מתנדבים גירוי מחזורי באצבע, ולאחר המתנה קצרה קיבלו גירוי פתאומי נוסף בתדר שונה במעט מתדר הגירוי הראשוני. הגירוי הנוסף ניתן באותה אצבע או ביד השנייה כשעיני המתנדבים סגורות, והם התבקשו לנחש אם הגירוי הנוסף היה זהה לגירוי הראשון או שונה ממנו. התברר שכאשר ניתן הגירוי הפתאומי ביד שבה ניתן הגירוי החוזר, שיעורי ההצלחה של הניחושים היו גבוהים יותר. מהמחקר הנוכחי עולה כי ייתכן שהסיבה לכך היא שתגובת התאים לגירוי פתאומי באותה יד חזקה יותר מתגובתם לגירוי הראשוני, בשל עצם התגובה הראשונית.

כיצד בדיוק מתרחשת "שבירת" ההסתגלות? כדי להבין את התופעה לעומק השתמשו המדענים באלקטרודות משוכללות, שבאמצעותן אפשר להבחין בין שני סוגים של אותות סינפטיים אשר מקבל תא העצב מתאים שכנים: אותות המעוררים את תגובת התא לגירוי החיצוני ואותות המדכאים אותה. כך גילו המדענים כי האחראים לקפיצה הגדולה בתגובה לגירוי הפתאומי הם דווקא האותות המדכאים. עוצמת האותות המעוררים הלכה וירדה בזמן הגירוי החוזר, ובגירוי הפתאומי היא חזרה לרמתה ההתחלתית. לעומת זאת, עוצמת האותות המדכאים לא הצליחה לחזור לעצמה ורמתה הייתה נמוכה יותר במידה משמעותית בגירוי הפתאומי. כלומר, היעדר הדיכוי הוביל לתגובה חזקה של תא העצב.

מסלולים מקבילים

מחקר נוסף שנעשה באחרונה במעבדתו של למפל, והתפרסם בכתב העת Journal of Neuroscience הציע רמזים לפתרונה של שאלה רבת שנים: מאחר שההסתגלות גורמת להקטנת עוצמת התגובה העצבית לגירוי חוזר, נשאלה השאלה כיצד מצליח המוח לקבוע מתי משקפת הירידה בעוצמת הירי של תאי העצב את היחלשות הגירוי (כמו, לדוגמה, קולה של רכבת מתרחקת) ומתי השינוי נובע אך ורק ממנגנוני ההסתגלות?

אחת הדוגמאות הבולטות לתופעת ההסתגלות היא שכאשר גירוי כלשהו חוזר על עצמו באופן קבוע, תגובת תאי העצב אליו הולכת וקטֵנהצילום: שאטרסטוק
אחת הדוגמאות הבולטות לתופעת ההסתגלות היא שכאשר גירוי כלשהו חוזר על עצמו באופן קבוע, תגובת תאי העצב אליו הולכת וקטֵנה
צילום: שאטרסטוק

תלמיד המחקר בועז מוהר השתמש בטכניקה חדשה המאפשרת החדרת אלקטרודות לעומק גזע המוח. מוהר מדד את הפוטנציאל החשמלי של קבוצת תאי עצב אשר מעורבת בשלב הראשוני של עיבוד מידע המגיע משערות השפם של חולדה. התוצאות הראו כי ככל שעוצמת הגירוי החושי גבוהה יותר, ההסתגלות אטית יותר. במהלך הניסוי הוא הופתע לגלות קבוצת תאים נוספת המגיבה לגירויים אשר מגיעים מהשפם. בתאים אלה הייתה עוצמת גירוי גבוהה כרוכה דווקא בהסתגלות מהירה יותר. שתי קבוצות התאים הן נקודות ההתחלה של שני מסלולים מרכזיים במערכת עיבוד המידע, העולים לקליפת המוח. הממצאים חושפים את קיומם של שני מסלולים מקבילים לעיבוד המידע החושי בגזע המוח, שבכל אחד מהם פועל מנגנון הסתגלות הפוך. שילוב המידע המתקבל משני המסלולים מאפשר להכריע בין שתי המשמעויות הסותרות של הירידה בעוצמת התגובה העצבית.

למפל מסביר שמנגנון הפעילות של קבוצת התאים הראשונה מעלה השערה מעניינת: מקובל לחשוב כי גירויים חזקים מובילים להסתגלות מהירה יותר, משום שהתאים יורים בתדר גבוה יותר ומכלים במהירות את המשאבים העומדים לרשותם; אולם בפועל, כפי שגילה, לעתים ההפך הוא הנכון. מחקריו הנוכחיים מנסים לבדוק אם ההסבר נעוץ ביחסי גומלין בין שני המסלולים המקבילים, וכן להבין כיצד תורמים המסלולים האלה לעיבוד גירויים טבעיים ומורכבים יותר.