Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 8 בפברואר, 2019

כיצד תאי המוח שלכם מְדַבְּרִים זה עם זה – לחישת סודות והודעות פּוּמְבִּיוֹת

תַקצִיר

תארו לעצמכם שאתם רוצים לְסַפֵּר לחבריכם משהו חדש; אתם יכולים ללחוש זאת לאוזניהם או לצעוק בקול רם. זה די דומה לשתי צורות התקשורת שמתקיימות במוחכם. המוח שלכם מכיל מיליארדי תאי עצב הנקראים נוירונים, אשר יוצרים מספר גדול מאוד של קשרים עם אזורים מיוחדים של נוירונים אחרים, הנקראים דנדריטים, ליצירת רשתות. בעבר סברו כי נוירונים מְתַקְשְׁרִים זה עם זה באמצעות העברה (“לחישה”) של אותות כימיים ישירות דרך הַקְּשָׁרִים האלה, אבל כיום אנו יודעים כי הם גם מפיצים הודעות בצורה נרחבת יותר (“הודעות פומביות”), על-ידי שחרור אותות כימיים מאזורים אחרים של הנוירונים, כולל הדנדריטים עצמם. אם נבין כיצד הנוירונים מְתַקְשְׁרִים זה עם זה ומה הם מְתַקְשְׁרִים, נוכל אולי לתקן הפרעות בתקשורת, שעלולות לגרום לשינויי התנהגות וליקויים במוח.

אנו יודעים כי המוח האנושי הוא המבנה המורכב ביותר. יש בו כ-80 מיליארד תאי עצב הנקראים נוירונים. שמונים מיליארד (80,000,000,000)! זהו מספר נוירונים הגדול יותר מפי 10 ממספר בני האדם החיים על פני כדור הארץ. נוירונים מְתַקְשְׁרִים זה עם זה בעזרת חומרים כימיים מיוחדים הנקראים מוליכים עצביים. מוליכים עצביים הם כמו מילים כימיות – הם שולחים “הודעות” מנוירון אחד לאחר. יש סוגים רבּים ושונים של מוליכים עצביים: חלק מהם מעוררים את הנוירונים וגורמים להם להיות פעילים יותר; אחרים מעכבים אותם וגורמים להם להיות פחות פעילים. פשוטו כמשמעו, הנוירונים שולטים בכל מה שאתם עושים.

הנוירונים הם אבני הבניין של המוח שלכם

נוירונים קיימים בדפוסים, בְּצוּרוֹת ובגדלים רבּים, אבל כדאי לחשוב על נוירון כעל עץ. לנוירון יש שלושה חלקים עיקריים: גוף התא, אַקְסוֹן ודנדריטים (איור 1). גזע העץ (גוף התא) מאחסן מידע גנטי (דנ“א) באברון הנקרא גרעין. גוף התא מכיל גם את המנגנון הכימי לייצור מוליכים עצביים, שבהם משתמש הנוירון כדי לְתַקְשֵׁר עם נוירונים אחרים.

איור 1 - A. חלק מהנוירונים, כמו הנוירון המיוחד הזה, הנקרא תא פורקינייה, דומים מאוד לעצים .C .B מוליכים עצביים (מַפְתֵּחַ) המשוחררים מהכפתורים הטרמינליים צריכים לעבור רווח קטן בלבד (סינפסה), D. כדי להגיע לקולטנים שלהם (מנעול).
  • איור 1 - A. חלק מהנוירונים, כמו הנוירון המיוחד הזה, הנקרא תא פורקינייה, דומים מאוד לעצים .C .B מוליכים עצביים (מַפְתֵּחַ) המשוחררים מהכפתורים הטרמינליים צריכים לעבור רווח קטן בלבד (סינפסה), D. כדי להגיע לקולטנים שלהם (מנעול).
  • אולם כאשר הם משוחררים מהדנדריטים ייתכן כי הקולטנים שלהם רחוקים מאוד, ויש צורך להגיע אליהם בדיפוזיה. התמונה של תא פורקינייה התקבלה באדיבותה של Marta Jelitai, הונגריה. Purkinje cell = תא פורקינייה Dendrites = דנדריטים Cell body = גוף תא Axon = אקסון Oak tree = עץ אלון Neurotransmitter = מוליך עצבי Receptor = קולטן Nucleus = גרעין Axon terminal with synapse (from another neuron) = כפתור טרמינלי עם סינפסה (מנוירון אחר) Axon terminals = כפתורים טרמינליים Synapse = סינפסה.

ענפי העץ (דנדריט – משמעות המילה היוונית דֶנְדְרוֹן, déndron, היא עץ) הם החלקים בנוירון המקבלים אותות. פעם חשבו שהדנדריטים הם כמו אנטנה – רק מקבלים אותות מנוירונים אחרים, אבל כיום ידוע שהם יכולים לעשות יותר, כפי שאסביר.

שורש העץ (אַקְסוֹן) הוא המבנה שבּו הנוירון משתמש כדי להיקשר לנוירון אחר ולתקשר עימו. אקסון מוביל מידע בדומה לכֶבֶל חשמלי. כאשר נוירון אחד רוצה לשתף הודעה עם אחר, הוא שולח לאורך האקסון שלו דַּחַף חשמלי, הנקרא פוטנציאל פעולה, עד שהוא מגיע לכפתור טרמינלי שבקצה האקסון. חשבו על הכפתור הטרמינלי כעל טרמינל בשדה התעופה. טרמינל בשדה התעופה עמוס בנוסעים המחכים להמראה, בעוד שכפתור טרמינלי עמוס במוליכים עצביים המחכים להגיע לנוירון הבא.

מהם ההבדלים בין שידור מְחֻוָּט לבלתי מְחֻוָּט?

כאשר פוטנציאל הפעולה מגיע לכפתור טרמינלי, חלק מהמוליכים העצביים שבטרמינל מושלכים לרווח זעיר הנמצא בין הטרמינל לדנדריט של נוירון אחר. רווח זה נקרא סִינַפְּסָה, והוא זעיר כל כך שהוא נמדד בנָנוֹמֶטְרִים – מיליארדית המטר. המוליך העצבי חוצה את הסינפסה ונקשר לאתר מיוחד הנקרא קוֹלטן, בצד השני של הרווח. כל מוליך עצבי נקשר רק לקולטן המיוחד שלו, בדיוק כפי שמפתח מתאים רק למנעול מסוים. כתלוּת בסוג המוליך העצבי הוא יכול לעורר את הנוירון האחר או לעכב אותו, ובזאת לגרום לכך שיהיה סביר יותר או סביר פחות שהנוירון האחר ישלח פוטנציאל פעולה משלו. כל זה קורה בדיוק רב, וחוזר על עצמו שוב ושוב. היות שהאות מנוירון אחד לאחֵר מועבר במהירות גבוהה מאוד (עד 100 מטר לשנייה, מהר יותר ממהירות יונק היבשה המהיר ביותר, הצ’יטה, שיכולה להאיץ עד למהירוּת של 29 מטר לשנייה), סוג זה של תקשורת בין נוירונים נקרא לפעמים ”שידור מְחֻוָּט“. המוליכים העצביים מעבירים ”סודות נלחשים“ ישירות מנוירון אחד לאחֵר; הם נושׂאים הודעה שיש לה חשיבוּת רק בזמן ובמקום מסוימים. דרך אחת לחשוב על ”שידור מְחֻוָּט“ היא לחשוב על מֶתֶג של אור, שמפעיל נורת חשמל ומכבה אותה.

כמה מוליכים עצביים, במיוחד סוג אחד הנקרא נוֹירוֹפֶּפְּטִיד, מתנהגים שונה. הנוירופפטידים משוחררים מֵחֲלָקִים רבים של הנוירון, כולל מהדנדריטים. במקום להיות משוחררים לסינפסה הזעירה שבין הכפתור הטרמינלי לנוירון אחר, הם משוחררים לנוזל הממלא את החללים שבין הנוירונים, ועוברים בדיפוזיה ברחבי המוח כדי להגיע לקולטנים הנמצאים ביעדים רחוקים. דרך אחת לחשוב על דִּיפוּזְיָה היא לחשוב על הליכה ביער (איור 2). תנועה מנקודה אחת לאחרת במקום שאין בו עצים היא פשוטה ומהירה. ברגע שיש הרבה עצים, ייקח הרבה יותר זמן להגיע מנקודה אחת לאחרת, כי צריך לעקוף את העצים. כלומר, צורת איתות זו איטית הרבה יותר מאיתוּת בסינפסות, אבל לבסוף יגיעו הנוירופפטידים לרוב חֶלְקֵי המוח. אולם רק אזורי מוח שנמצאים בהם הקולטנים המתאימים יכולים להגיב לנוירופפטידים. כך, שחרור נוירופפטידים על-ידי הדנדריטים, כמו Wi-Fi, הוא איתות ”בלתי מְחֻוָּט“ – הודעות אלה הן ”הודעות פומביות“ שאינן נשלחות מתא אחד לאחֵר, אלא מקבוצה אחת של נוירונים לקבוצת נוירונים אחרת [1].

איור 2 - נוירופפטידים (מַפְתֵּחַ) משוחררים לחלל שבין הנוירונים (עצים) ועוברים בדיפוזיה ברחבי המוח כדי להגיע לקולטנים (מנעולים) היכולים להיות ביעדים מרוחקים.
  • איור 2 - נוירופפטידים (מַפְתֵּחַ) משוחררים לחלל שבין הנוירונים (עצים) ועוברים בדיפוזיה ברחבי המוח כדי להגיע לקולטנים (מנעולים) היכולים להיות ביעדים מרוחקים.
  • התייחסו לדיפוזיה כאל הליכה ביער. הזמן שייקח להגיע למנעול שלכם (קוֹלטן) תלוי בעצים הרבּים (נוירונים או תאים אחרים) שאותם עליכם לעקוף.

ואזוֹפְּרֵסין ואוקסיטוֹצין יכולים להשפיע על ההתנהגות של איתוּת ”בלתי מְחֻוָּט“

הרשו לי להשתמש בדוגמה אחרת. הנוירופפטידים ואזופרסין ואוקסיטוצין מיוצרים על-ידי נוירונים גדולים בהיפוֹתלמוּס – חֵלֶק במוח שיש לו תפקיד חשוב בוויסוּת תהליכים פיזיולוגיים רבּים בגוף. לנוירונים גדולים אלה יש אקסון אחד שנמתח עד לבלוטה מיוחדת, בלוטת יוֹתֶרֶת המוח, המחוברת לתחתית המוח. משם, הנוירופפטידים משוחררים מהכפתורים הטרמינליים הַיְשֵׁר אל הדם. אוקסיטוצין נע ברחבי הגוף, ויש לו תפקיד בלידה ובהנקה. ואזופרסין משפיע על לחץ הדם וּמְוַסֵּת את מַאֲזָן המים באמצעות הכּליוֹת. שני הנוירופפטידים האלה משוחררים גם אל המוח, שָׁם הם אחראים לסוגים שונים של התנהגויות. למשל, אוקסיטוצין מסייע לאימא להיקשר אל התינוק שלה; ואזופרסין משפיע על זיכרון ועל תוֹקפנוּת. אולם אזורי המוח האחראים להתנהגויות האלה רחוקים לפעמים מֵהַתָּאִים המייצרים את הנוירופפטידים. בחלק מהאזורים האלה יש את הקולטנים הנכונים, אבל אין בקרבתם אקסונים וטרמינלים, ולכן לא יכול להתקיים איתות ”מְחֻוָּט“ על-ידי ואזופרסין ואוקסיטוצין.

ואזופרסין ואוקסיטוצין המשוחררים מהכפתורים הטרמינליים אל הדם אינם יכולים להיכנס מחדש למוח, בגלל מבנה מוזר הנקרא מחסום הדם-מוח. חשבו על כך – כאשר תֶּחֱלוּ, לא תרצו שהחיידקים או הנגיפים יחדרו למוח שלכם! מחסום הדם-מוח הוא שכבת תאים השומרים על המוח מגורמי מחלה, מרעלים וממולקולות אחרות הנעות בזרם הדם. הוא מונע מפולשים להיכנס למוח. אולם ואזופרסין ואוקסיטוצין משוחררים גם מהדנדריטים של הנוירונים הַיְשֵׁר אל תוך המוח. מדענים גילו כי שחרור הנוירופפטידים מהדנדריטים (אל תוך המוח) ומהכפתורים הטרמינליים (אל תוך הדם) יכול להתרחש באופן בלתי תלוי. שחרור ואזופרסין ואוקסיטוצין מהכפתורים הטרמינליים מְוֻסָּת על-ידי פוטנציאלי פעולה, בדומה לשחרור המוליכים העצביים בכל הנוירונים האחרים. אולם כמה אותות כימיים במוח יכולים לעורר שחרור של נוירופפטידים מהדנדריטים ללא הפעלת פוטנציאלי פעולה. שחרור המוליכים העצביים בדרכים שונות אלה מאפשר ויסות של השפעות הנוירופפטידים על הגוף בנפרד מוויסות השפעותיהם על המוח. למשל, נוסף על השפעתו של אוקסיטוצין על הגוף בתהליכים כגון לידה והנקה, הוא גם יכול לעודד את החיבור של הָאֵם לתינוק שלה – פעולות של המוח. כך מובטח שהרך הנולד יקבל את כל מה שנחוץ לו בדחיפוּת: מזון ואהבה (איור 3) [2].

איור 3 - אוקסיטוצין משוחרר לדם מאקסונים הנמצאים בבלוטת יותרת המוח (חץ כחול) ואל תוך המוח (חיצים לבנים) מהדנדריטים של נוירונים הנמצאים בהיפותלמוס (אזור אדום).
  • איור 3 - אוקסיטוצין משוחרר לדם מאקסונים הנמצאים בבלוטת יותרת המוח (חץ כחול) ואל תוך המוח (חיצים לבנים) מהדנדריטים של נוירונים הנמצאים בהיפותלמוס (אזור אדום).
  • אוקסיטוצין פועל גם בגוף וגם במוח כדי לוודא שהתינוק מקבל מזון (פעולת האוקסיטוצין על הגוף) ואהבה (פעולת האוקסיטוצין על המוח).

האם נוירופפטידים זהים להורמונים?

שחרור של נוירופפטידים על-ידי הדנדריטים של הנוירונים דומה מאוד לשחרור של הורמונים באזורים אחרים בגוף. הורמונים הם השליחים הכימיים המשוחררים על-ידי בלוטות וּמֻסָּעִים בזרם הדם לתאים ביעדים מרוחקים. כך, הורמונים יכולים להשפיע על תאים שממוקמים רחוק מאוד מהבלוטות שבהן הם נוצרו. ישנם הורמונים רבּים ושונים, ולהם תפקידים רבּים ושונים בגוף. למשל, פרוֹלקטין, הורמון נוסף המשוחרר מבלוטת יותרת המוח, נע לחזה של הָאֵם וְשָׁם מעורר את ייצור החלב להנקה. תהליך זה של איתוּת ”בלתי מְחֻוָּט“ על-ידי הורמונים דומה לאיתות על-ידי הנוירופפטידים במוח – אפשר לקרוא לנוירופפטידים ”הורמוני המוח“.

מדוע חשוב להבין את האיתוּת של המוליך העצבי?

כמה מהפרעות ההתנהגות שבהן קשה מאוד לטפל, ושעבורן נחוצים בדחיפוּת טיפולים, משפיעות על התנהגויות שבהן מעורבים ואזופרסין ואוקסיטוצין [3]. כפי שצוין למעלה, אוקסיטוצין מעורב בלידה, בהנקה ובהתנהגות הָאֵם בקשר לטיפול בילדים. אבל, אוקסיטוצין חשוב גם להתפתחות התינוק וליכולתו לְקַיֵּם קשרים מורכבים עם אחרים. לעיתים קרובות, ילדים מסוימים הסובלים מאוֹטִיזְם מתקשים להבין קשרים אלה ולהגיב אליהם, ומדענים מנסים להשתמש באוקסיטוצין כטיפול פוטנציאלי (אם אתם רוצים ללמוד על כך יותר, קראו את המאמר שכתבו Daniel Quintana ו-Gail Alvares, ומופיע באתר של ”פרונטירז – מדע לצעירים“) [4].

דוגמה נוספת כוללת הפרעות הקשורות ללחץ ולחרדה, הפרעות אכילה, הפרעות התמכרות לחומרים (כולל התמכרות לאלכוהול) והפרעות בהתנהגות המינית. אלה בעיות בריאוּת חמוּרות, שהשפעתן על בני האדם ניכרת. על-ידי הבנה טובה יותר של האינטראקציה בין תאי המוח ובין הנוירופפטידים, ייתכן כי נמצא דרכים לטפל בכמה מההפרעות האלה ולשפר את איכות חיינו.

מילון מונחים

נוֹירוֹנים (Neurons): תאים של מערכת העצבים הנקראים תאים עצביים או נוירונים, אשר מתמחים בהעברת ”הודעות“.

מוליכים עצביים (Neurotransmitters): חומרים כימיים שבהם משתמשים נוירונים כדי לְתַקְשֵׁר זה עם זה – אפשר לחשוב עליהם כעל ”מילים כימיות".

נוֹירוֹפפטידים (Neuropeptideds): סוג מיוחד של מוליכים עצביים. הם משפיעים על פעולות במוח ובגוף, למשל ויסוּת רמת האנרגיה באדם.

היפוֹתלמוּס (Hypothalamus): ההיפותלמוס הוא אזור במוח אשר מְוַסֵּת תפקודים כגון צמא, תיאבון ושינה.

בלוטת יותרת המוח (Pituitary gland): בלוטת יותרת המוח ממוקמת בחלל גַּרְמִי קטן שנמצא בבסיס המוח. היא מחוברת להיפותלמוס ומפרישׁה הורמונים הַמְּוַסְּתִים פעולות גוף שונות ורבּות.

הורמונים (Hormones): הורמונים הם חומרים כימיים מיוחדים שהגוף מייצר כדי לסייע לו לבצע דברים מסוימים כגון גדילה והתבגרות מינית – כאשר מתחילים להתפתח למבוגרים. בזמן זה, הגוף שלכם עמוס בהורמונים אשר מורים לו שהגיע הזמן להתחיל להשתנות.

אוֹטִיזְם (Autism): ילדים רבּים הסובלים מאוטיזם מתקשים להבין מה אנשים אחרים חושבים וכיצד הם מרגישים. ילדים אלה עלולים להתנהג באופן בלתי רגיל, ויכול להיות קשה להבין מדוע הם מתנהגים כך.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

תודות

אני רוצה להודות לחברים ולעמיתים שלי בעבודה, שהעירו על כתב היד, במיוחד לחבריי David ו-Gareth, אשר וידאוּ שאשתמש במילים הנכונות כדי שילדים יוכלו להבינן. הייתי רוצה להודות גם ל-Márta על תמונת תָּאֵי ה-Purkinje.


מקורות

[1] Ludwig, M., and Stern, J. E. 2015. Multiple signalling modalities mediated by dendritic exocytosis of oxytocin and vasopressin. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 370(1672):20140182. doi: 10.1098/rstb.2014.0182

[2] Ludwig, M., and Leng, G. 2006. Dendritic peptide release and peptide-dependent behaviours. Nat. Rev. Neurosci. 7:126–36. doi: 10.1038/nrn1845

[3] Neumann, I. D., and Landgraf, R. 2012. Balance of brain oxytocin and vasopressin: implications for anxiety, depression, and social behaviors. Trends. Neurosci. 35:649–59. doi: 10.1016/j.tins.2012.08.004

[4] Quintana, D. S., and Alvares, G. A. 2016. Oxytocin: how does the neuropeptide change our social behaviours? Front. Young Minds 4:7. doi: 10.3389/frym.2016.00007