وجد العلماء أن بعض الخلايا العصبية في أدمغة الخفافيش تستشعر الاتجاه الذي يميل فيه رأس الخفافيش، ونتيجة لذلك، قد تساعد في التنقل المكاني
يتعلم الطيارون كيفية التعامل مع الفقدان المفاجئ للإحساس بالاتجاه العمودي (الدوار). إن فقدان هذا الاتجاه الذي يمنعهم من التمييز بين الأسفل والأعلى يمكن أن يتسبب في وقوع حادث. هناك موقف مماثل، ولكنه أقل خطورة بكثير، مألوف لنا من الحياة اليومية: الشعور بالارتباك الذي يصاحب الخروج من محطة مترو الأنفاق في مدينة كبيرة، حتى يتم استعادة الإحساس بالاتجاه بعد لحظات قليلة. ويعتقد العلماء أنه في كلتا الحالتين، فإن خللًا مؤقتًا في الدائرة الدماغية التي تعمل كبوصلة ثلاثية الأبعاد هو على الأرجح سبب فقدان الاتجاه.
أظهر العلماء في معهد وايزمان للعلوم، لأول مرة، وجود بوصلة ثلاثية الأبعاد في أدمغة الثدييات. تم إجراء البحث من قبل الطالب الباحث أرسيني فينكلستين في مختبر البروفيسور ناحوم أولانوفسكي من قسم البيولوجيا العصبية، بالتعاون مع الدكتور دوري ديرديكمان، والدكتور ألون روبين، وجاكوب فورستر، والدكتورة ليورا ليس الطبيعةأظهر العلماء أن بعض الخلايا العصبية في أدمغة الخفافيش تستشعر الاتجاه الذي يميل فيه رأس الخفافيش، ونتيجة لذلك، قد تساعد في التنقل المكاني.
يعتمد التنقل في الفضاء على الذاكرة المكانية، أي تجارب من الماضي لأماكن مختلفة، ويتم تخزين هذه الذاكرة بشكل أساسي في تكوين الحصين، وهي منطقة تقع في أعماق الدماغ. في الثدييات، هناك ثلاثة أنواع من الخلايا، تقع في أجزاء مختلفة من بنية الحصين، وتشكل المكونات الرئيسية الثلاثة لنظام الملاحة في الدماغ: خلايا "المكان" وخلايا "الشبكة" - التي تعمل مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، مما يسمح للحيوان تحديد موقعه، و"اتجاه الرأس" - أولئك الذين يستجيبون لاتجاه معين لدوران الرأس. لقد تم إجراء الكثير من الأبحاث على الخلايا المكانية والشبكية، وحصل العلماء الذين اكتشفوا هذه الخلايا على جائزة نوبل في الطب عام 2014. لكن حتى وقت قريب، لم تتم دراسة نشاط خلايا اتجاه الرأس إلا في بعدين فقط، وفقط في ولم يكن معروفًا سوى القليل جدًا عن كيفية معالجة الدماغ لحركات الرأس في ثلاثة أبعاد.
ومن أجل دراسة نشاط خلايا توجيه الرأس بشكل ثلاثي الأبعاد، قام علماء المعهد بتطوير نظام خاص، يجعل من الممكن متابعة بكاميرا فيديو حركات رأس الخفاش في ثلاث زوايا - من حيث الطيران ، قاموا بقياس "الجانب لأعلى" و"الايلرود" و"السيبسوب". وفي الوقت نفسه، تم تسجيل نشاط الخلايا العصبية للخفاش باستخدام أقطاب كهربائية دقيقة مزروعة في دماغه. وكشف الرصد أنه في منطقة معينة من بنية الحصين توجد خلايا عصبية تستجيب لزاوية معينة ثلاثية الأبعاد لاتجاه الرأس. هذه الخلايا "أطلقت" - أي أرسلت إشارة - عندما أدار الخفاش رأسه في تلك الزاوية.
كما كشفت الدراسة، ولأول مرة، كيف يحسب الدماغ حاسة الاتجاه العمودي، ويجمعها مع حاسة الاتجاه الأفقي. اتضح أنه في البوصلة العصبية، يتم حساب الاتجاهين بشكل منفصل، وفقا لدرجة التعقيد: في إحدى مناطق الدماغ في بنية الحصين، تطلق خلايا اتجاه الرأس فقط وفقا لحركة الخفاش بالنسبة إلى السطح الأفقي - أي الملاحة في بعدين. من ناحية أخرى، فإن الخلايا التي تستجيب للحركة في الاتجاه الرأسي، أي التنقل ثلاثي الأبعاد، موجودة في منطقة مختلفة. ويعتقد العلماء أن الخلايا ثنائية الأبعاد يمكن استخدامها للحركة على متن الطائرة، كما يحدث عندما نقود السيارة. ومن ناحية أخرى، قد تكون الخلايا ثلاثية الأبعاد مهمة أثناء مناورة معقدة في الفضاء، عندما يتسلق حيوان أغصان شجرة، أو عندما يتحرك الإنسان داخل مبنى متعدد الطوابق أو يطير بالطائرات.
وفي وقت لاحق، أجرى العلماء تجارب على الخفافيش المقلوبة (رؤوسها للأسفل)، ومن خلال المراقبة اكتشفوا بالضبط كيف يتم حساب إشارات خلايا اتجاه الرأس في دماغ الخفاش. وتبين أن هذه الحسابات تتم بطريقة يمكن وصفها بمساعدة نهج رياضي عالي الكفاءة، يعتمد على إحداثيين دائريين (من الناحية الفنية، طريقة "حلقية"). وبفضل هذه الطريقة، تستطيع الخفافيش الحفاظ على إحساسها بالاتجاه بشكل فعال، حتى لو كانت مقلوبة رأسًا على عقب.
تؤكد هذه الدراسة أن خلايا توجيه الرأس الحصين تعمل كبوصلة عصبية ثلاثية الأبعاد. وعلى الرغم من أن البحث تم إجراؤه على الخفافيش، إلا أن العلماء يعتقدون أنه ينطبق أيضًا على الثدييات التي لا تستطيع الطيران، بما في ذلك السناجب والقرود التي تقفز بين أغصان الأشجار، وكذلك البشر. وكتب البروفيسور ماي بريت موسر، أحد الحائزين الثلاثة على جائزة نوبل لعام 2014، في قسم الأخبار والآراء بمجلة نيتشر، الذي رافق المقال العلمي لعلماء المعهد: "الآن من الممكن تطبيق هذا النموذج على دول أخرى الأنواع التي تعيش العالم ثلاثي الأبعاد بطريقة أكثر محدودية".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
