Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
תגלית חדשה פורסם: 31 בינואר, 2019

זבובי פירות יכולים ללמד אותנו כיצד אנו שוכחים

תַקצִיר

האם אי פעם תהיתם “מדוע אנו שוכחים?” האם אתם מסוגלים לדמיין חיים שבהם הייתם זוכרים הכול? אף על פי שזה נשמע מעניין, זה עשוי להיות רעיון לא כל כך טוב אחרי הכול. מדענים התחילו להבין ששִׁכְחָה היא חשובה מאוד עבור התפקוד התקין של המוח. אם אינכם מסוגלים למחוק זיכרונות שאינכם זקוקים להם, עשויים להיות לכם קשיים בלמידת דברים חדשים או במיקוד תשומת הלב שלכם בדברים חשובים. באמצעות שימוש בזבובי פירות כדי לחקור למידה ושִׁכְחָה, גילינו חלבון ששמו Scribble שהוא חשוב מאוד עבור שִׁכְחַת זיכרונות ריח. כן, עד כמה שזה עשוי להיות מפתיע, הזבובים הקטנים האלה מסוגלים ללמוד ולשכוח. אנו נסביר זאת במאמר הזה.

מדוע וכיצד אנו שוכחים?

כולנו יודעים מהי שִׁכְחָה; אולם האם אי פעם שאלתם את עצמכם: “מדוע אנו שוכחים?” אנו יכולים לדמיין בקלות עולם שבו אנו זוכרים כל פרט, ועשויים לחשוב כמה נהדר זה יכול להיות. אולם אנו גם יכולים לטעון כי זיכרון של הכול אולי עשוי לגרום לבעיה. ודאי שכחתם לפחות פעם אחת (ככל הנראה הרבה פעמים) להכין שיעורי בית או לְסַדֵּר את המיטה שלכם. ודאי שכחתם מִדֵּי פעם לצחצח שיניים. כולנו שוכחים דברים מסוימים. בדרך כלל אנו נוטים לחשוב ששכחה היא דבר שלילי ובלתי רצוי מאחר ששִׁכְחַת דברים חשובים עשויה ליצור בעיות. שִׁכְחָה של הכנת שיעורי בית עלולה לסבך אתכם עם מוריכם והוריכם, ואם אתם שוכחים לצחצח שיניים פעמים רבות מִדַּי, זה עשוי לגרור טיולים רבּים יותר אל רופא השיניים מטיל הָאֵימָה! אנו גם עשויים לְקַשֵּׁר בין שִׁכְחָה לבין מחלות מוֹחִיוֹת כמו מחלת אלצהיימר או קִהָיוֹן (דֶּמֶנְצְיָה). אלה הן מחלות מוחיות שיכולות ליצור קשיים בזיכרון אירועים שהתרחשו לאחרונה (מה שמְכֻנֶּה אובדן זיכרון לטווח קצר). אלה הן מחלות מוחיות רציניות שבהן שכחה של דברים רבּים מדי יוצרת בעיות עבור האדם החולה. אולם אנו גם יודעים שלשכחה ישנם יתרונות חשובים עבור פעילוּת המוח, בריאות מנטלית ורגשית, ואפילו הישרדות.

אולם מדוע אנו שוכחים? בואו נחשוב על כך במונחים של עולם המחשבים. נניח שיש לכם מחשב עם 10,000 תמונות ששמרתם במשך יותר משנתיים, אולם לאחר התבוננות בתמונות פעם או פעמיים מעולם לא פתחתן אותן שוב. כעת, נניח שאתם צריכים תמונה משעשעת של הכלב או החתול שלכם כדי להכין ברכת יום הולדת לחברכם. אתם יודעים שיש לכם תמונה כזו איפשהו בין 10,000 התמונות, אך אלא אם כן סידרתם את 10,000 התמונות שלכם בצורה טובה מאוד (למשל לפי שֵׁם), תצטרכו לעבור תמונה-תמונה עד שתאתרו את האחת שאתם רוצים. זה יקח זמן רב, אולי כמה ימים, וייתכן שאפילו לא תמצאו את התמונה לפני יום ההולדת של חברכם! נוסף על כך שמירת כמות גדולה כל כך של תמונות תמלא את זיכרון המחשב שלכם ותאט אותו, מאחר שהוא יצטרך להתמודד עם כמות גדולה של מידע. כעת דמיינו מצב אחר, שבּו המחשב שלכם מעוצב כך שימחוק תמונות שלא פתחתם אותן בתוך חודש מהפעם האחרונה שהסתכלתם עליהן. זה יגרום לתמונות שלא נפתחות לעיתים קרובות להימחק, אולם אלה שֶׁכֵּן נפתחות יישמרו מחדש בכל פעם שמסתכלים עליהן. זה יפחית את אי-הסדר במחשב למשהו כמו 100 קבצים בלבד. קבוצת תמונות קטנה יותר זו מכילה רק את התמונות שהן באמת חשובות עבורכם. במצב השני הזה יהיה קל הרבה יותר למצוא תמונה של החתול או הכלב שלכם, אולי זה יקח כמה דקות בלבד, ואז תוכלו להכין בזמן את כרטיס יום ההולדת לחברכם! מהירוּת המחשב שלכם תהיה גדולה, ויהיה לכם מספיק מקום לאחסן תמונות חדשות.

תהליך דומה מתרחש כאשר זיכרונות מאוחסנים במוחכם. האם אתם יכולים לדמיין מה היה קורה אילו זכרתם כל דבר שאכלתם כל יום בחייכם? אם אכלתם שלוש ארוחות ביום, ב-10 שנים הייתם זוכרים יותר מ-10,000 ארוחות! זהו מידע די חסר ערך שהיה מבזבז חלק מהמשאבים המוחיים שלכם, ויכול להשפיע לרעה על תפקודי המוח שלכם. לכן, שכחה חשובה עבור שמירת מידע משמעותי מחוויות היומיום שלכם, ומחיקת המידע חסר הערך.

אם כן, לשכחה יש יתרונות והיא תהליך טבעי במוחנו. אולם עד לא מזמן לא ידענו כיצד המוח מחליט איזה מידע לזכור ואיזה מידע לשכוח, או כיצד המוח מיישׂם את השכחה. חשבו שזיכרונות פשוט דועכים או נמחקים באופן טבעי עם הזמן.

זבובי פירות מסוגלים ללמוד, וממש כמונו, הם גם שוכחים

חוקרי מוח, מדענים אשר חוקרים כיצד המוח פועל, היו סקרנים מאוד ללמוד כיצד זיכרונות מאוחסנים במוח. אולם מדעני מוח התחילו לחקור שכחה רק לא מזמן. כדי להבין כיצד המוח האנושי שוכח אנו יכולים לחקור כיצד זבובי פירות שוכחים. זבובי פירות הם מדהימים, חרקים קטנים שמצוינים למחקר מדעי. הם גדלים מהר מאוד במעבדה, ואנו יכולים להפיק כמה זבובי פירות שאנו רוצים. קל מאוד גם לשנות החומר הגנטי שלהם, כלומר הדנ“א. הדנ”א הוא כימיקל דק וארוך מאוד שמכיל את הוראות הבנייה של כל יצור חי. הדנ“א מכיל גֶּנִים, שהם חלקים מהדנ”א אשר אומרים לתא כיצד לייצר חלבונים. את ההוראות הכלולות בדנ“א של זבובים אפשר לשנות במעבדה. אפשר גם להסיר גנים, מה שמייצר זבוב מוּטַנְטְי (שעבר מוטציה). בדרך זו אנו יכולים לחקור מה קורה לזבוב אם חתיכה מההוראות האלה מוּסֶרֶת.

לזבובים גם יש מוחות קטנים אשר קל הרבה יותר לחקור מאשר מוחות של בני אדם או של עכברים. אף על פי שזה עשוי להפתיע אתכם, למוחות אנושיים ולמוחות של זבובי פירות יש הרבה מן המשותף. באופן מפליא, זבובי פירות מסוגלים ללמוד מטלות פשוטות, יכולים לייצר זיכרונות ויכולים גם לשכוח, ממש כמונו. בדומה למוחות של בני אדם, מוחות של זבובים מורכבים בעיקר מִתָּאִים שנקראים תאי עצב (נוֹירוֹנים). תאי עצב הם תאים שיכולים להעביר מידע בתוך המוח. קבוצות של תאי עצב, כמו במחשב, יכולות לעצֵּב מעגלים שמעבדים מידע ומאחסנים אותו.

כדי לחקור כיצד זבובים שוכחים, עלינו ראשית לְלַמֵּד את הזבובים מטלה פשוטה. לאחר מכן אנו בוחנים את הזבובים כדי לראות כמה הם זוכרים וכמה הם שכחו. מה אנו מלמדים אותם וכיצד אנו בוחנים את הזיכרון שלהם? לזבובים יש חוש ריח מפותח מאוד. מִסִּבָּה זו אנו נותנים לזבובים ללמוד ריחות שונים. ראשית אנו מאפשרים לזבובים להריח ניחוח מסוים, ובאותו הזמן אנו מחשמלים אותם באמצעות שוק חשמלי חלש. זה גורם לזבובים ללמוד שהם ירגישו מידת מה של כאב כשהם מריחים ריח מסוים. לאחר מכן אנו בוחנים כמה הזבובים זוכרים על-ידי כך שאנו שָׂמִים אותם באזור קטן עם הריח שהם הריחו כשהם קיבלו שוק חשמלי. אם הם זוכרים טוב, הזבובים יברחו מהניחוח, במחשבה שהם שוב יחושמלו – במקרה כזה הם מקבלים 100 במבחן. אם הם שכחו, ואינם בורחים מהריח, הם נכשלים במבחן. בדרך כלל, זבובים זוכרים טוב מאוד אם הם נבחנים כמה דקות אחרי הלמידה. אולם אם עובר זמן רב בין הלמידה והמבחן, כאשר עבור זבוב פירות מדובר ביממה, הם ישכחו וייכשלו במבחן (איור 1).

איור 1 - זבובי פירות מסוגלים ללמוד מטלות פשוטות, הם מייצרים זיכרונות ויכולים גם לשכוח.
  • איור 1 - זבובי פירות מסוגלים ללמוד מטלות פשוטות, הם מייצרים זיכרונות ויכולים גם לשכוח.
  • במהלך הלמידה הזבובים מריחים ניחוח מסוים ובאותו הזמן הם מקבלים שוק חשמלי חלש. הזבובים לומדים שהם ירגישו קצת כאב כשהם מריחים את אותו הריח. לאחר מכן, זיכרונם נבחן על-ידי כך ששָׂמים אותם באזור קטן עם אותו הריח שהם הריחו במהלך הלמידה. אם הם זוכרים טוב, הזבובים יברחו מהניחוח ויקבלו ציון 100 במבחן. אם הם שכחו ואינם בורחים הַרְחֵק מהניחוח, הם נכשלים במבחן.

בעזרת ניסוי פשוט, אנו וחוקרי מוח אחרים מצאנו קבוצה חדשה של תאי עצב במוח הזבוב אשר יוצרים מעגל שאחראי על יצירת זיכרונות חדשים. תאי העצב האלה עובדים יחד כדי ללמוד ולאחסן זיכרון חדש. ברגע שהזיכרון מאוחסן, אותם תאי העצב ממשיכים לעבוד על מטלות אחרות, וכך בהדרגה מתחיל להימחק הזיכרון שזה עתה נוצר. אם הזכרונות החדשים אינם חשובים, במשך הזמן הם יימחקו על-ידי הפעילוּת של המעגל הזה, עד למחיקה מוחלטת [1]. אולם אם המידע שנלמד הוא חשוב מאוד, כמו המיקום של מקור מזון חדש, או אם הזיכרון משוחזר שעה או שעתיים לאחר מכן, אז הזיכרון יהיה ”מוגן“ מפני שִׁכְחָה. תאי העצב שגורמים לשכחה משתמשים במולקולה במוח שנקראת דּוֹפָּמִין. באופן מעניין, זבובים מוּטַנְטִים שאין להם את אחד הגֶנים שאחראי על פירוש אות הדופמין, אשר נקרא קוֹלְטָן דופמין, זוכרים את הריח שהם למדו למשך זמן רב מאוד. באופן בסיסי, לזבובים האלה יש זיכרון ארוך טווח מֵאַחַר שאינם יכולים לשכוח. גֶּן אחר שהוא חשוב מאוד עבור שכחה של זיכרונות בלתי חשובים נקרא Rac. גן ה-Rac מייצר חלבון שמאיץ את השינויים אשר מתרחשים בשלד של רוב התאים. חושבים ששינויים בשלד של תאי עצב הם חשובים מאוד כדי ליצור את המבנים שמחזירים זיכרונות חדשים. Rac מאיץ את התגובות הכימיות אשר מבטלות את השינויים האלה בשלד, ובכך גורם לשכחה [2].

חלבון ה-Scribble מסייע למנגנון השכחה

רצינו לגלות אלה מולקולות אחרות בתוך התא שולטות על האופן שבו הזבוב שוכח. כדי להשיג את המטרה הזו שינינו אלפי גֶּנים של זבובים ואז בחנו את הזבובים עם ריחות ושוק חשמלי כדי לראות עד כמה הם זוכרים או שוכחים. מצאנו שכאשר הסרנו גֶּן שנקרא Scribble, זבובים עדיין יכלו לזכור טוב מאוד יום אחד אחרי הלמידה. זה הסביר לנו שלזבובים האלה יש זיכרונות מעולים, מאחר שזבובים רגילים לא יכולים לזכור שום דבר כעבור יום מזמן הלמידה (איור 2). לאחר מכן בחנו אם למידת מידע חדש תגרום לשכחה של זיכרון ישן. זבובים ובני אדם שוכחים זיכרונות יְשָׁנִים כאשר מתערב בהם מידע חדש. במילים אחרות, זיכרונות חדשים מוחקים זיכרונות ישנים. כדי לבחון אם זבובים חסרי Scribble חוֹוים קושי בעדכון זיכרונות, אימַּנּו זבובים לְקַשֵּׁר בין ניחוח מסוים (ריח א) לבין שוק חשמלי ואז, כעבור זמן מה, לימדנו אותם לְקַשֵׁר ניחוח אחר (ריח ב) עם שוֹק חשמלי. זבובים רגילים לרוב לומדים בקלות שניחוח ב קשור לכאב, אולם הלמידה הזו גורמת להם לשכוח שגם ניחוח א קשור לכאב. מצאנו גם שמאחר שהזבובים נטולי ה-Scribble לא מסוגלים לשכוח, קשה להם יותר לייצר זיכרונות חדשים. הזיכרונות שלא נשכחו מנעו מזיכרונות חדשים להיווצר. באופן הזה, אִשַּׁשְׁנוּ את הרעיון שהסרת זיכרונות יְשָׁנִים הכרחית לפינוי מקום עבור זיכרונות חדשים.

איור 2 - למעלה: זבובי פירות שאצלם חלבון ה-Scribble נמצא במקום, מייצרים חלבון פיגום שמאפשר שכחה רגילה של זיכרונות ריח.
  • איור 2 - למעלה: זבובי פירות שאצלם חלבון ה-Scribble נמצא במקום, מייצרים חלבון פיגום שמאפשר שכחה רגילה של זיכרונות ריח.
  • למטה: זבובים שאצלם הוסר חלבון ה-Scribble יכלו לזכור את הריח טוב מאוד גם יום שלם אחרי הלמידה. לזבובים האלה היה זיכרון מעולה, מֵאַחַר שזבובים רגילים לא יכולים לזכור שום דבר יום שלם אחרי הלמידה.

הגֶן הזה נקרא Scribble מאחר שלביצים של זבובים שאין להם את הגֶן הזה יש עור שנראה מְקֻשְׁקָשׁ (באנגלית המשמעות של המילה scribble היא קִשקוש). גֶּן ה-Scribble מייצר פיגוּמים (או מסגרת) חלבוניים. האם אי פעם ראיתם בניין חדש נבנה? הבנייה החדשה מוקפת לרוב במבנה מתכתי שנקרא פיגומים וּמְשָׁרֵת כתמיכה, כדי שהפועלים יוכלו לעמוד עליו ולִבְנוֹת את הבניין החדש. חלבוני פיגוּמים פועלים בתאים באותו האופן – הם תומכים בחלבונים רבּים אחרים על-ידי היצמדוּת אליהם וחיבור יחדיו של קבוצות שונות של חלבונים. הם מתנהגים כמו שהשלד שלכם מתנהג כדי לתמוך בגופכם וּלְעַצֵּב אותו. חלבוני פיגומים גם תומכים בתאים ומעניקים להם צורה. אנו גילינו שחלבון ה-Scribble חשוב עבור שכחה מֵאַחַר שהוא מתחבר לחלבון ה-Rac שהזכרנו קודם [3]. ה-Scribble תומך ב-Rac וזה, בתורו, מסייע לשלוט באופן שבּו זבובים שוכחים. לסיכום, ה-Scribble הוא כמו פיגומֵי המתכת שתומכים ב-Rac, וה-Rac הוא כמו מַחַק שאחראי על מחיקת זיכרונות (איור 3). אף על פי שהממצאים האלה התגלו באמצעות ניסויים שבהם זבובים למדו לזכור ריח, ייתכן שהגֶנים שהתגלו בניסוי הזה מעורבים גם ביצירת סוגים אחרים של זיכרונות, לא רק זיכרונות של ריח – אולם זה עוד לא נבדק.

איור 3 - חלבון הפיגומים Scribble תומך ב-Rac וזה, בתורו, מסייע לשלוט באופן שבו הזבוב שוכח.
  • איור 3 - חלבון הפיגומים Scribble תומך ב-Rac וזה, בתורו, מסייע לשלוט באופן שבו הזבוב שוכח.
  • Scribble הוא כמו פיגומי מתכת שתומכים ב-Rac, ו-Rac הוא כמו מחק אשר אחראי על מחיקת זיכרונות.

מסקנות

חלבוני פיגומים כמו Scribble חשובים עבור התפקוד של תאים, מאחר שהם קושרים חלבונים רבּים באותו הזמן. במחקר שלנו מצאנו שה-Scribble פועל הדדית עם חלבון ה-Rac כדי לְוַסֵּת את הפעילוּת המוחית החשובה מאוד של שכחה. אלו הן מִבֵּין התגליות הראשונות שיסייעו למדענים להבין כיצד מוחות של זבובים שוכחים. הממצאים האלה בזבובים גם יסייעו לנו להבין מדוע וכיצד בני אדם שוכחים. זיכרו, בעוד שזבובים ובני אדם הם שונים, יש לנו הרבה במשותף. לדוגמה, גם אצל בני אדם יש במוח חלבוני Scribble ו-Rac. אולי החלבונים האלה הם אבני בניין ראשונות וחיוּניוֹת שיסייעו למדענים להבין, בסופו של דבר, חלק מהליקויים המוחיים שגורמים לשכחה מוגברת ולאובדן זיכרון.

מילון מונחים

דנ”א (DNA): חומצה דאוקסיריבונוקלאית, הוא כימיקל שנושא את המידע הגנטי בתאים של כל היצורים החיים; המידע הזה משמש בגדילה, בהתפתחות, בתפקוד בעולם וברבייה.

חלבון (Protein): חלבונים הם מולקולות גדולות שמורכבות משרשראות ארוכות של חומצות אָמִינוֹ. חלבונים הם חשובים מאוד וּמְבַצְּעִים מטלות מרובות בכל האורגניזמים החיים. המטלות האלה נעות מיצירת המבנים שמרכיבים את התאים ועד להאצת מרבית התגובות הכימיות שמתרחשות בתוך כל התאים.

דוֹפָּמִין (Dopamine): מולקולה חשובה במוח שמתפקדת בתור מוליך עצבי (נוירו-טרנסמיטר); המשמעות היא שדופמין הוא כימיקל שתאי עצב משתמשים בו כדי לְתַקְשֵׁר זה עם זה. ידוע שדופמין חשוב מאוד עבור תחושת העונג שקשורה לתגמול, אולם גם לתחושת הרתיעה בהקשרים של ענישה.

חלבון פִּגּוּם (Protein scaffold): סוגים מסוימים של חלבונים אשר ידועים ביכולתם לְתַקְשֵׁר עם חלבונים אחרים בצורה שמסנכרנת בין תהליכים מורכבים רבִּים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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


מקורות

[1] Berry, J., Cervantes-Sandoval, I., Nicholas, E., and Davis, R. 2012. Dopamine is required for learning and forgetting in Drosophila. Neuron 74:530–72. doi: 10.1016/j.neuron.2012.04.007

[2] Shuai, Y., Lu, B., Hu, Y., Wang, L., Sun, K., and Zhong, Y. 2010. Forgetting is regulated through Rac activity in Drosophila. Cell 140(4):579–89. doi: 10.1016/j.cell.2009.12.044

[3] Cervantes-Sandoval, I., Chakraborty, M., MacMullen, C., and Davis, R. L. 2016. Scribble scaffolds a signalosome for active forgetting. Neuron 90(6):1230–42. doi: 10.1016/j.neuron.2016.05.010