הזיכרון שמאחורי שירת הקנרי

כשמגיע האביב, ציפורי הקנריות הזכרים (Serinus canaria) פוצחים בשיר כדי למשוך את הנקבות. השירים שלהם הם מבנים מוזיקליים מורכבים: כשמפרקים אותם למרכיביהם מגלים שהם מכילים כ-30 אלמנטים קוליים, המכונים הברות, והם חוזרים על כל הברה כמה פעמים ברצף, ליצירת "משפטים" שאורכם כשנייה. זכרי הקנרי שרים את המשפטים ברצף, וכך יוצרים שיר שנמשך לרוב בין 20 ל-40 שניות. הם כמעט לעולם אינם חוזרים על אותו שיר במדויק, עם אותו רצף של משפטים, אך אין זה אומר שהם בוחרים אותם באקראי. ניתוח של שירי הקנריות הראה שבחירת המשפט הבא תלויה במשפט האחרון שהזכר שר, אך גם בזה שלפני האחרון ובזה שלפניו, ואפילו בשלושה או ארבעה משפטים קודמים. לשירים של זכר הקנרי יש תחביר, פשוט יותר מזה של שפות אנושיות, אך דומה במבנה: הסיכוי שמשפט או מילה יופיעו משתנה בהתאם למשפטים או המילים שהופיעו לפניו.

סרטון קצרצר ממחיש את מורכבות המבנים המוזיקליים של שירי הקנרי (צילום: ירדן כהן): 

מבנה כזה של החלטות, שבו ההסתברות לפעולה מסוימת תלויה בפעולות קודמות, מאפיין גם פעילויות מסוימות של בני אדם, כמו נגינה או ריקוד, וגם התנהגויות מסוימות של בעלי חיים. התחביר שמעורב בהן דורש מנגנון מוחי שיוכל לזכור את הפעולות שנעשו, ולבחור לפיהן את הפעולה הבאה. חוקרים מאוניברסיטת בוסטון בארצות הברית, בהובלת ד"ר ירדן כהן שלמד לדוקטורט במכון ויצמן למדע, התחקו אחר המנגנון הזה במוחן של הקנריות. "הקנריות הן מערכת המודל המושלמת למחקר הזה", אמר כהן לאתר מכון דוידסון. "השירים שלהם ארוכים ומורכבים, אבל בנויים מהברות מאוד מובחנות. יש בהם מספיק מורכבות בשביל לענות על שאלת המחקר, בלי יותר מדי רעש רקע".

תחביר פשוט אך דומה לזה של שפות אנושיות. שלושה ציפורי קנרי שהשתתפו בניסוי | צילום: ירדן כהן 

דפוסים מרובים להתנהגות אחת

החוקרים הכניסו בהנדסה גנטית שינויים בתאי עצב במוח הקנריות, וגרמו להם לייצר חלבונים שהופכים לפלואורוסצנטיים ומחזירים אור באורך גל מסויים כשהתא פועל. הם הרכיבו על ראש הציפור מיקרוסקופ זעיר, המחובר למחשב וקולט את האור הנפלט מהתאים. משקלה של מערכת המיקרוסקופ פחות משלושה גרם, והציפורים יכלו להסתובב עמה בחופשיות ולשיר בזמן שהיא פועלת. "אלו ציפורים מאוד רגישות, וכל דבר שמפריע להן גורם להן להפסיק לשיר", אמר כהן. "אבל הן שרו אלפי שירים, במשך חודשים, עם המערכת – נראה שהיא לא פגעה בפעילות הרגילה שלהן".

התאים שהוקלטו נמצאים באזור מסוים במוח הציפור, שנקרא HVC וידוע במעורבותו בשירה. כך התגלה שלכל משפט יש יותר מדפוס פעולה אחד שקשור אליו. כלומר, כשהזכר שר משפט מסוים, לא תמיד אותם תאי עצב פועלים. דפוסי הפעולה, מצאו החוקרים, תלויים לא רק במשפט הנוכחי, אלא גם באלו שבאו לפניו. אם הזכר שר משפט א', ולפניו את משפט ב' ולפניו ג', מופעלים תאי עצב אחרים מאלה שפועלים כאשר הוא שר את אותו משפט א' אך לפניו משפט ד' ומשפט ה'. כך דפוסי הפעולה של תאי העצב מכילים בתוכם לא רק את המידע לגבי המשפט שמושמע עכשיו, אלא גם על אלו שבאו לפניו.

"זה מנגנון שלא נראה לפני כן", אמר כהן. "שמירת מידע בעזרת יְתִירוּת, העובדה שכל משפט קשור ליותר מדפוס פעולה אחד, על פני עשרות הברות ומספר שניות בשיר". החוקרים כינו את דפוסי הפעולה של התאים האלו "מצבים עצביים נסתרים" (hidden neural states). דפוסי פעולה מרובים כאלה נראו במיוחד כאשר הציפור מבצעת מעברים מורכבים בין המשפטים, התלויים במשפטים שהושמעו קודם לכן. 

דפוסי פעולה מורכבים - סרטון קצר מראה אילו תאים פעילים במוח הציפור בזמן שירתו (צילום: ירדן כהן): 

מודל להתנוונות ולהתחדשות

הגילוי של אותם מצבים נסתרים, אומרים החוקרים, יוכל לעזור לנו להבין טוב יותר את המנגנונים של זיכרון לטווח קצר, כיצד הם מתפתחים וגם מה קורה כשהם נפגעים, למשל כתוצאה ממחלה או הזדקנות. הקנריות הן מודל מצוין לכך, משום שבתום תקופת החיזור הם מפסיקים לשיר, והאזורים במוחם שאחראים על השירה מצטמצמים באופן משמעותי – כחצי מתאי העצב בהם מתים. לקראת האביב הבא אזורים אלו גדלים שוב, ותאי עצב חדשים נוצרים. "הזכרים זוכרים את ההברות ששרו בשנה שעברה, אבל הם צריכים להתאמן מחדש", אמר כהן. "הם גם יכולים ללמוד הברות חדשות מחבריהם, ולהגדיל את הרפרטואר שלהם. אף אחד לא יודע עדיין אם התחביר שלהם נשאר קבוע או משתנה משנה לשנה".

מחקר עם מחשבה על בני האדם. משפחה של ציפורי קנרי מהניסוי | צילום: ירדן כהן

לא רק שהתאים במוח הקנרית מתים ומתחדשים, גם ההתנהגות שהם מייצרים, השירה, נעלמת ומופיעה יחד איתם. כך הם מספקים מודל ייחודי להבנת התהליכים האלו. "במחלות ניווניות וגם בזקנה, אנחנו מאבדים את היכולת לייצר שפה והתנהגויות אחרות עם תחביר מורכב, וגם את היכולת להבין שפה עם תחביר מורכב", אמר כהן. "פה יש לנו מערכת ניסוי נהדרת – אנחנו יכולים לעקוב אחר הפעילות של התאים בעונה שבה המעגלים העצביים נהרסים או נבנים, והשיר מפסיק או מתחדש". בסופו של דבר, סיכם כהן, המחקר בקנריות נעשה תמיד עם המחשבה כיצד התובנות שאנו לומדים מהם תקפים גם לבני האדם.