קשה לדמיין שבעידן של ימינו, עם שירותי בריאות טובים יותר וגישה לשירותי רפואה, עישון ושתיית אלכוהול מופרזים נותרים בעיה בריאותית עולמית מרכזית. לרוע המזל, הוכח כי אם בהריון הצורכת כמות גבוהה של אלכוהול עלולה ללדת ילד עם נזק מוחי חמור והפרעות נוירו-התפתחותיות הנמשכות לאורך כל החיים, כפי שניכר אצל הסובלים מתסמונת אלכוהול עוברית (FAS)1,2,3. בנשים עם היסטוריה מאושרת של שימוש באלכוהול במהלך ההיריון, העובר המתפתח רגיש גם לכמויות קטנות של אלכוהול או לדפוסי צריכה שונים הגורמים להבדלים משתנים בריכוזי האלכוהול בדם. במקרה האחרון, בעוד שהילדים עשויים שלא להפגין שיבושים מורפולוגיים או נוירו-התנהגותיים חמורים כמו אלו עם FAS, הם עדיין עשויים להפגין מוגבלויות קוגניטיביות והפרעות רגשיות לכל החיים, הנעות בין קלות לחמורות3,4. יחד, FAS וצורות פחות חמורות של שיבושים טרום-לידתיים הנגרמים מאלכוהול מהוות את קבוצת הפרעות הספקטרום של אלכוהול עוברי (FASDs). אין זה מפתיע שניתן למנוע לחלוטין את ה-FASDs, אך באופן מדהים ההערכות מראות כי באוכלוסיות שבהן שימוש מופרז באלכוהול הוא נפוץ למדי, הם נותרים הגורם הלא-גנטי העיקרי למוגבלות עצבית וקוגניטיבית, ומשפיעים על כ-2% עד 5% מהילדים הצעירים בארה"ב ובמדינות אירופיות כגון צרפת ושבדיה. בכל הנוגע לשכיחות של FAS לבדו בארה"ב, השכיחות היא 2 עד 7 לכל 1,0 לידות חיים5, מה שמרמז כי השכיחות הכוללת של FASDs גבוהה בהרבה מזו של FAS.
מחקרים של דימות מוחי שנערכו בילדים עם FASDs הראו כי הם מציגים anomalias מוחיות, כגון קורפוס קלוסום (corpus callosum) דק יותר6, ורמיס צברורי קדמי (anterior cerebellar vermis) קטן יותר7, והיפוקמפוס קטן יותר8. פגמים מוחיים אלו מהווים את הבסיס לכשלי תפקוד נוירו-קוגניטיביים ארוכי טווח הנצפים בילדים עם FASDs. הקשרים המדויקים הקושרים בין שינויים במוח המתווכים על ידי צריכת אלכוהול של האם לבין השונות בפרופיל (כלומר, סוג והיקף) של ליקויים נוירו-קוגניטיביים ספציפיים טרם נקבעו באופן ברור. עם זאת, כנקודת פתיחה, ההיפוקמפוס הוא מועמד מצוין לבחינת רגישותו להשפעות אלכוהול טרום-לידתיות. ואכן, ילדים עם FASDs מראים גירעונות בהתנהגויות המתווכות על ידי ההיפוקמפוס, כגון למידת מיקום9,10 ושליפת חפצים מושהית1.
מודלים של מכרסמים להפרעות הספקטרום של תסמונת האלכוהול העוברית (FASDs) הוכחו כבעלי ערך רב בהבהרת המנגנוים המובילים לשיבושים נוירו-קוגניטיביים הנצפים בילדים עם FASDs. מודל חשיפה לשתייה מרובה (binge-exposure) מבוס שאימצנו כולל מתן אלכוהול לחולדות במהלך הימים הפוסט-נטאלים 4-9.12,13תקופה שבה המוח עובר יצירה מהירה של סינפסים ומגעים דנדריטיים, בדומה לשבוע 24 של העוובר האנושי, ונמשכת עד לשבוע ה-3rd שליש הריון14,15,16,17מודל ספציפי זה גורם לאובדן משמעותי של נוירונים בהיפוקמפוס18,19 ונוירונים באזורי מוח רבים אחרים, כגון המוח הקטן (cerebellum)12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23, בליווי פגיעות קשות בתפקודים קוגניטיביים המקיפות תחומים שונים21,24,25ניתן להעריך שיבוש קוגניטיבי כתוצאה מחשיפה מוקדמת לאלכוהול בחולדות בדרכים שונות, ובמיוחד באמצעות התניית קלאסית של הבהוב עיניים (ECC). ECC היא פרדיגמה ששימשה במשך למעלה ממאה שנה כדי לחקור באופן מדעי את הבסיס היסודי של הלמידה26,27 וכך, הוא מספק שיטה שימושית להבנה טובה יותר של ההשלכות הנוירו-קוגניטיביות השליליות הנובעות מחשיפה לעשכולית (אלכוהול) בשלב העוברי. זהו פרדיגמה גמישה מאוד המאפשרת לחוקרים להשתמש במגוון הליכי ECC שונים, שכל אחד מהם ניתן לבחון במינים יונקיים רבים לאורך הסולם הפילוגנטי (מעכברים ועד בני אדם) ובשלבים שונים של התפתחות המוח.28,29,30,31יתרה מכך, המעגלים העצביים הבסיים המתווכים למידה אסוציאטיבית בפרדיגמה זו נתמכים על ידי דיווחים ניסויים ונוירופסיכולוגיים באותם מינים.26,32,33,34,35,36,37.
סוג אחד של ECC, ה-trace ECC, מודגם במאמר זה (איור 1). כדי לספק הקשר, הוא מושווה לצורה המסורתית יותר - delay ECC. פרדיגמת ה-ECC מודלה לאחר התניה קלאסית באמצעות כלבים, שבוצעה לראשונה על ידי הפיזיולוג זוכה פרס נובל, איבן פבלוב. פבלוב גילה שגירויים מסוימים, כגון צלילים, אינם מעוררים באופן טבעי הפרשת רוק, אך כאשר הם קודמים לחלוקת מזון וחופפים לה, תגובת הפרשת הרוק יכולה להתחזק מהצגה חוזרת של השניים, בתנאי שקשר זה בין הצליל למזון נשמר. זוהי דוגמה ל-delay ECC, תחת התפיסה שעוצמה אסוציאטיבית מתווכת על ידי סמיכות זמנית מיידית בין שני הגירויים, ובכך הופכת את תנאי הלמידה לאופטימליים עבור בעל החיים. הוא בדק גם וריאציות אחרות של הקשר בין הצליל למזון, כגון כיבוי הצליל והשארת תקופת "עקבה" (trace) לפני מתן המזון. כאשר שני הגירויים הללו היו רחוקים מספיק זה מזה, הפך הדבר לקושי רב יותר עבור הכלבים להפגין תגובות של הפרשת רוק לפני מתן המזון. חוסר הסמיכות בין כיבוי הצליל לבין מתן המזון הוא אפוא דוגמה ל-trace ECC. מכיוון שמכרסמים אינם מפרישים רוק באופן טבעי לנוכחות מזון, נעשה שימוש בגירויים רלוונטיים יותר למין, כגון שוק חשמלי קל; הם גם אינם מפגינים באופן טבעי תגובות הגנה של מצמוץ עיניים לצלילים. על רקע זה, פרוצדורות ECC במכרסמים כוללות הצגת צליל ברמה מסוימת של דציבלים והצמדתו באופן מסוים לשוק קל לשריר העפעף (orbicularis oculi) או לשריר ה-temporalis כדי לעורר תגובת מצמוץ. הצליל נחשב לגירוי מותנה (CS), בעוד שהשוק נחשב לגירוי לא מותנה (US). ב-delay ECC, ה-CS מוצג תחילה; גירוי זה נשאר פעיל למשך זמן מסוים. לאחר מכן, ניתן ה-US. שני הגירויים הללו חופפים למשך זמן מסוים, ולאחר מכן שניהם מסתיימים בו-זמנית; תגובת המצמוץ הנובעת מה-US נחשבת לתגובה לא מותנה (UR). בפרוצדורה זו, מכרסמים לומדים להפגין תגובות מצמוץ זמן מה לאחר הצגת ה-CS, אך רגע לפני ה-US, כדי לצפות גירוי דוחה זה. תגובת המצמוץ הנלמדת מכונה תגובה מותנית (CR). ב-trace ECC, ה-CS וה-US מופרדים על ידי פרק זמן נטול גירויים המכונה מרווח עקבה (trace); הם אינם חופפים בזמן כפי שקורה ב-delay ECC. במהלך מרווח זה, בעל החיים נדרש לפתור את הדרישות האסוציאטיביות בין הגירויים. בדומה ל-delay ECC, למידה מתרחשת כאשר בעל החיים מפגין באופן עקבי תגובת מצמוץ לאחר כיבוי ה-CS, אך מיד לפני מתן ה-US. לאורך כמות מסוימת של אימון רכישה (CS המוצמד ל-US), מתפתחות עקומות למידה (כלומר, על בסיס מדידות CR שונות). מחקרי נשקים (lesion) והדמיה עצבית מראים כי למידה מוצלחת ב-delay ECC תלויה בקיומן של מעגלים עצביים תקינים בין המוח הקטן לגזע המוח38,39,40, בעוד ש-trace ECC הוא פרוצדורה מסדר גבוה יותר הדורשת מעורבות עצבית נוספת מההיפוקמפוס41,42,43,4 וממבנים קליפתיים אחרים45,46. בשל הדרישות הקשורות לתזמון הדרושות כדי לרכוש תגובות trace CR בהצלחה, משימה זו היא גם קשה יותר ללמידה (אפילו עבור נבדקים נורמליים).

איור 1: התנייה קלאסית של ממצמץ עיניים. מוצגת צורת גל מייצגת של חולדה בוגרת מקבוצת הביקורת ללא אינטובציה (UC). תחילה מוצג גירוי מותנה (CS) בצורת צליל (85 dB, 2.8 kHz) למשך 380 מילי-שניות. לאחר מכן חל מרווח מעקב (trace interval) של 50 מילי-שניות, שבו לא מוצגים גירויים. לאחר מכן ניתן גירוי לא מותנה (US) בצורת שוק חשמלי (1.6 mA) למשך 10 מילי-שניות. למידה מוצלחת במטלה זו מתרחשת כאשר התדירות (%) או העוצמה (בוולטים) של מצמוצי עיניים במהלך חלון הזמן של התגובה המותנית (CR) (תקופת CR כוללת) עולות לאורך מפגשי אימון רביםים. בפרט, מכרסמים בעלי היפוקמפוס תקין יפגינו בדרך כלל יותר תגובות מותניות בעיתוי מדויק (Adaptive CRs) רגע לפני תחילת ה-US של השוק החשמלי (בתוך חלון של 20 מילי-שניות). נמדדות גם תגובות הדמאה (SRs) במהלך 80 המילי-שניות הראשונות לאחר תחילת ה-CS של הצליל, ותגובות לא מותנות (URs). תגובות SR שאינן אסוציאטיביות הן בדרך כלל נמוכות או אינן קיימות במכרסמים מאומנים היטב, בעוד ש-URs צפויות להיות גבוהות בתדירותן ובעוצמתן. מטלה זו דורשת מהמכרסם ללמוד לגשר על הקשר שבין סיום ה-CS לתחילת ה-US (במהלך מרווח המעקב), ולכן היא קשה יותר להשגה מטבעה בהשוואה ל-ECC מסוג עיכוב (delay ECC). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
כאן אנו מדגימים את ההשלכות התפקודיות השליליות של חשיפה לאלכוהול בתקופת היילוד המוגשת באופן הדומה לשתייה מרוכזת (binge-like), כפי שנקבע באמצעות הליך trace ECC המעניק גירוי מותנה (CS) של צליל בעוצמה של 85 dB (בתדר 2.8 kHz) שנמשך 380 ms, ולאחריו גירוי לא מותנה (US) של שוק חשמלי בעוצמה של 1.6 mA שנמשך 10 ms, כאשר גירויים אלו מופרדים על ידי תקופת מעקב (trace period) של 50 ms. דיווחנו על התועלת של בדיקה התנהגותית זו במחקרים קודמים שבחנו התערבות באמצעות כולין ותוספי ברזל להפחתת ההשפעות של חשיפה לאלכוהול בתקופת היילוד18,47. למעשה, ניתן להשתמש ב-trace ECC ככלי אבחוני להערכת פתולוגיה של ההיפוקמפוס המושרה על ידי אלכוהול בתקופת היילוד. היתרון שיש לו על פני delay ECC הוא רגישות גבוהה יותר לזיהוי הפרעות בתפקוד ההיפוקמפוס, הפגוע בבני אדם עם FASDs.
הדגמה של ECC חורגת הרבה מעבר לתחום של אלכוהול עוברי. ניתן להשתמש בווריאנטים רבים של ECC (למשל, השהיה, עקבה, תרכובת, היפוך) כדי להשקיף על הבדלים אונטוגנטיים בלמידה לאורך ההתפתחות, הבסיס הנוירוביולוגי של למידה אסוציאטיבית ביונקים רגילים, כמו גם את הפגיעויות של מערכות מוחיות שונות לאתגרים רבים, כולל (אך לא רק) טרטוגנים, רעלים סביבתיים, פגיעות ראש טראומטיות, מחלות נוירודגנרטיביות ומצבים פסיכיאטריים.