האופן שבו נוירונים שולחים ומקבלים הודעות

כל התאים בגופנו מְתַקְשְׁרִים זה עם זה. כך אנו מסוגלים לעשות דברים רבים ביומיום, כמו למשל אכילת ארוחת בוקר ולמידה בבית הספר. במוחנו ובגופנו, נוירונים מתקשרים על ידי שליחת הודעות תוך שימוש באות חשמלי. אות חשמלי זה נוצר על ידי זרימה של חלקיקים טעונים שנקראים יונים, שנעים ברחבי החלק החיצוני של ממברנת התא [1]. התנועה של יונים נושאת גל חשמלי לאורכו של הנוירון (איור 1). לנוירון יש ענפים שנקראים דֶּנְדְּרִיטִים, שמקבלים אותות, ושלוחה ארוכה ופשוטה יותר שנקראת אַקְסוֹן, ששולחת אותות. סינפסות נמצאות בקצוות של אקסונים. כיצד האות החשמלי עובר מנוירון אחד לאחר? הנוירון משחרר אותות כימיים, שנקראים מוליכים עצביים, אשר ”נוסעים“ לאורך הסינפסה אל נוירון אחר כדי ליצור גל חשמלי חדש בתא הבא.

כיצד אות חשמלי מתקדם לאורך נוירון? הממברנה של הנוירון מכילה תעלות זעירות שניתנות לפתיחה ולסגירה כדי לאפשר ליונים להיכנס לתא או לצאת ממנו [1]; כמו דלתות אוטומטיות. כשתעלה כזו נפתחת, היא מאפשרת ליונים לזרום לתוך התא, והם נושאים איתם מטען חשמלי (איור 2A). זה גורם לתעלה אחרת בקרבת מקום להיפתח, ואז לתעלה הבאה, כך שהגל החשמלי נע לאורך התא. כדי לחזור למנוחה, תעלה אחרת נפתחת לאט יותר ומאפשרת ליונים לעזוב את התא [1]. זה מסיים את הגל החשמלי, ומכין את הבמה לגל החשמלי הבא שיתחיל מחדש את המחזור. תנועת היונים ממשיכה לאורך האקסון במטרה להגיע לסינפסה.

כיצד סינפסה פועלת כדי לתקשר בין תאים?

הגל החשמלי גורם לנוירון לשחרר כמות קטנה של מוליך עצבי כימי בסינפסה [1], ש”נוסע“ לעבר הנוירון שבצידה השני של הסינפסה (איור 2A) [1]. זה קורה מהר מאוד מאחר שהמרווח צר ביותר (איור 2B). כשהמוליך העצבי הכימי מגיע לתא המקבל, הוא נקשר למולקולה שנקראת קולטן על גבי הממברנה של התא המקבל, באופן דומה להתאמה בין מפתח ומנעול. הקישור גורם לתעלות יונים בתא המקבל להיפתח. כעת, יונים זורמים אל תוך התא המקבל, ונוצרת הודעה חשמלית חדשה [2].

התהליך בסינפסה גם מאפשר לנוירונים שלנו לתקשר עם השרירים שלנו, ולהורות להם מתי לזוז. הסינפסה בין תא העצב לבין תא השריר נקראת צומת עצב-שריר (איור 2B) [3]. המוליך העצבי שמשוחרר בצומת זה נקרא אצטילכוֹלין. ממש כמו בנוירונים, ההיקשרות של אצטילכולין גורמת לתעלות להיפתח בתא השריר, מה שמאפשר ליונים לזרום אל תוך השריר [3]. ההודעה החשמלית הזו גורמת לשריר להתכווץ או להתקצר. חשבו על תפיסת כדור: מוחכם מורה לנוירון לשלוח אות חשמלי לסינפסה בצומת העצב-שריר, וזה גורם למוליך העצבי להיות משוחרר בשרירי האצבע שלכם, כך שיוכלו להתכווץ כדי לתפוס את הכדור.

כיצד סינפסות מאפשרות לנו לראות ולשמוע?

החושים שלנו מסייעים לנו לגלות את העולם סביבנו, ומתמירים צורות חיצוניות רבות של אנרגיה - אור, צליל, תנועה - להודעות חשמליות בנוירונים שלנו. בעינינו, לדוגמה, ישנם נוירונים מאתרי אור שמגיבים לדברים שאנו רואים [1]. חלק מהנוירונים המיוחדים האלה מאתרים אור צבעוני (אדום, ירוק, כחול), וחלק מאתרים רק שחור ולבן. אור גורם לתעלות להיפתח בנוירונים מאתרי האור, אשר שולחים הודעה חשמלית לסינפסות של הנוירונים בתוך מוחכם (איור 3) [1]. לאחר מכן, המידע הזה מעובד על ידי המוח כדי לפרש את תמונות האור.

כדי שנשמע, חיישנים חושיים באוזניים שלנו מופעלים על ידי תנודות של צליל שמתקדמות באוויר. תנודות אלה מניעות שערות זעירות על גבי הנוירונים של האוזן [1]. תנועה זו פותחת תעלות, שמאפשרות ליונים לזרום לתוך הנוירון וליצור הודעה חשמלית. כתוצאה מכך, משוחררים מוליכים עצביים בסינפסה בין תא השיערה לבין הנוירון במוח. עוצמת הצליל תלויה בכמות השׂערות שמתכופפות – כיפוף גדול יותר גורם לשחרור של יותר מוליך עצבי בסינפסה, מה שיוצר יותר הודעות חשמליות בתוך המוח. האותות האלה ”מטיילים“ לנוירונים של המוח, והם מפרשׁים אותם בתור צלילים [1].

הדרך שבה סינפסות מאפשרות לנו ללמוד ולזכור

אחד הדברים החשובים ביותר לגבי מוחנו הוא שהכמות של סינפסות וגודלן משתנים כשאנו משתמשים בהן. תכונת השינוי הזו של המוח בתגובה למה שאנו חווים נקראת פלסטיוּת. פלסטיות מאפשרת לנו ללמוד מידע חדש, ולזכור את מה שלמדנו [2]. אם אנו משתמשים בסינפסות שלנו הרבה, יכולות להיווצר סינפסות רבות נוספות. אם איננו משתמשים בהן כל כך, סינפסות יכולות להתכווץ או שמספרן קטן [2]. חוזק התקשורת בין סינפסות עשוי אף הוא להשתנות כתלות בתדירות שבה אנו משתמשים בהן. שימוש רב יכול להגדיל את כמות המוליך העצבי שמשוחררת, או את מספר החיישנים של מוליכים עצביים בתא המקבל [2]. סינפסות, כמו שרירים, מתחזקות על ידי שימוש בהן. שימוש רב בסינפסות שלנו יוצר סינפסות חדשות וחזקות שנשארות במוח במשך שנים רבות, לעיתים כמה עשורים [2]. זה יכול לסייע לנו ליצור זיכרונות לטווח ארוך. ואכן, אנו יכולים לזכור דברים במשך שנים; חשבו על הפנים של אימכם, או על חברים טובים מכיתה א’.

מה קורה כשסינפסות לא עובדות כראוי?

מאחר שהסינפסות חשובות כל כך לתנועה, לחישׁה, ללמידה ולזיכרון, קל לראות כיצד בעיות עם סינפסות יכולות לגרום למחלות וללקויות [4–6] כשסינפסות לא עובדות כראוי, המוח לא יכול לתקשר בתוך עצמו ועם השרירים. הפרעות תנועה לעיתים קרובות נובעות מבעיות בצומת עצב-שריר [4]. לדוגמה, ישנה מחלה הנגרמת כשהמוליך העצבי לא מפונה החוצה מהסינפסה. אצטילכולין משוחרר בסינפסה בצומת העצב-שריר כדי לגרור לשרירים להתכווץ. אם הוא לא מפונה כראוי לאחר מכן, האצטילכולין ימשיך להיקשר לחיישני השריר. זה יגרום לכיווץ ולתנועה לא תקינים של השריר, מאוחר יותר לאובדן של הקולטנים, ובסופו של דבר לאובדן של השרירים [4].

באופן דומה, בעיות עם סינפסות יכולות לגרום לאובדן של תפיסה חושית. חירשות עשויה להיגרם כתוצאה מבעיות בסינפסות של תאי השיער באוזן שלנו, שגורמות להפעלת יתר של העצבים באוזן [5]. אם נוירוני השמיעה שלנו מופעלים שוב ושוב, נדרשת הודעה חשמלית חזקה יותר כדי להמשיך להפעילם. כתוצאה מכך, תאי שיער באוזן בקֶרֶב אנשים עם בעיות שמיעה צריכים להרגיש צליל חזק יותר כדי להעביר את ההודעה לנוירונים שמגיעים למוח [5]. במקרים של עיוורון, בעיות בסינפסת קולטן האור יכולות לגרום לתאים רגישים לאור להיעלם לחלוטין [6]. לכן, אור לא יכול להפוך לאותות חשמליים, והמידע לא נישא אל המוח.

בעיות בפלסטיוּת של סינפסות במוח יכולות לגרום ללקויות חשיבה ולאוטיזם [1, 2]. אוטיזם גורם לירידה באינטראקציה חברתית וליכולת מופחתת לתקשר עם חברים ומשפחה. נראה שאוטיזם עשוי להיגרם על ידי בעיות עם פלסטיוּת – סינפסות לא משתנות כפי שהן אמורות להשתנות כשהן בשימוש [1, 2]. כמו כן סינפסות חדשות לא נוצרות בצורה טובה כמו בדרך כלל, ולכן התקשורת בין נוירונים נחלשת. אף על פי שהגורמים לאוטיזם עדיין אינם ברורים, אנו יודעים שהם קשורים לגֶנים שלנו.

מדוע חשוב לדעת על סינפסות?

תפקודים רבים בגופכם מבוצעים על בסיס התקשורת בין תאים שמתרחשת בסינפסות! ממש ברגע זה כשאתם קוראים את המאמר הזה, מיליארדי סינפסות שולחות אותות שחולפים ברחבי מוחכם ועוברים אל שאר גופכם. נוירונים גורמים לתנועה בשרירים שלכם דרך סינפסות בצמתי עצב-שריר, ומאפשרים לעיניכם לנוע ולאצבעותיכם לתופף! סינפסות המוח שלכם מקבלות מידע חושי מעיניכם, מאוזניכם ומהחושים האחרים שלכם, ואתם משתמשים בכל המידע הזה כדי לקבל את ההחלטות הטובות ביותר לגבי מה עליכם לעשות הלאה. הסינפסות שלכם משתנות במטרה לאפשר לכם ללמוד ולזכור את מה שאתם לומדים. אנו מקווים שהסינפסות שלכם יסייעו למידע במאמר הזה להישאר במוחכם כזיכרון ארוך-טווח!

מילון מונחים

נוירון (Neuron): ↑ תא חשמלי בתוך מערכת העצבים שמתמחה בשליחת אותות ובקבלתם.

יון (Ion): ↑ חלקיק מלח טעון חיובית או שלילית שנע דרך ממברנות התא שלכם.

סינפסה (Synapse): ↑ צומת תקשורת נוירונלי שבו היפתחות של בועית משחררת אותות כימיים.

מוליך עצבי (Neurotransmitter): ↑ אות כימי שמשוחרר בסינפסה כדי להיקשר לקולטן של התא הבא.

קולטן (Receptor): ↑ חלבון ממברנלי שנקשר למוליך עצבי במטרה לאפשר זרימה של יונים לתוך התא.

צומת עצב-שריר (Neuromuscular Junction): ↑ הסינפסה המיוחדת שבין נוירון מוטורי לבין תא שריר.

אצטילכולין (Acetylcholine): ↑ סוג מסוים של מוליך עצבי שפועל בצומת עצב-שריר.

פלסטיות (Plasticity): ↑ היכולת של סינפסות להשתנות בהתבסס על כמות השימוש שלכם בהן.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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