רגע אחרי שיוסי נתן לרינה ספר * איך אנחנו מסוגלים לבנות המון צורות שונות מכמה קווים, ולהרכיב כמות אין-סופית של משפטים ורעיונות ממספר קטן של הברות או קולות? תיאוריה שהגה הפרופ' משה אבלס קיבלה עתה חיזוק בניסויים ביולוגיים
מרית סלוין
איך המוח עובד? כיצד הוא מעבד מידע? איך הוא מסנן את שלל המידע המגיע אליו מאיברי החושים ואיך הוא מאפשר להבין את משמעות השפה? שאלות אלה מייצגות רק חלק קטן מהתעלומה האופפת את הקופסה השחורה השוכנת בגופו של כל אחד. העשור האחרון של המאה שעברה הוקדש לחקר המוח. עשרות אלפי אנשים חוקרים את המוח במשך שנים רבות וכל אחד מהם מציג שאלה מדעית ברורה. מספר אדיר של פרטים מצטבר, אבל הדברים אינם מתחברים יחד ואינם מובילים לקצה חוט שיאפשר התקדמות בהבנת אופן פעולתו של המוח.
ההתקדמות בהבנת המוח לא תבוא דרך מקרה על ידי המצאה של רעיון חדש, אומר הפרופ' משה אבלס, המנהל את מרכז גונדה לחקר המוח באוניברסיטת בר-אילן וחבר המרכז לחישוביות עצבית באוניברסיטה העברית. “יש צורך לחוש את התנהגות המערכת כדי להבין למה מה שעושים היום לא מספיק. ייתכן שלשם הבנת המוח נדרשת תיאוריה חדשה, אבל זו תצמח רק מאנשים שמבינים מה זה מוח וכיצד הוא מתנהג. התקווה היא שמישהו חכם ויצירתי יעלה זאת. אבל כדי ליצור את המדען שיעשה מהפך מחשבתי, צריך מגיל מוקדם לחנך לחשיבה בין-תחומית בחקר המוח, שתכלול לימוד תחומים כמו פיסיקה, פסיכולוגיה, מחשבים וכמובן נוירוביולוגיה. האינטגרציה של כל התחומים האלה תאפשר להבין התנהגות של מערכת המורכבת מפרטים רבים המקיימים ביניהם יחסי גומלין”.
אבל, לטענת אבלס, הקהילה האקדמית שמרנית. אף שהיא מבינה כי דרוש חינוך בין-תחומי בתחום המוח, היא מתנגדת לשינויים. בכמה אוניברסיטאות החלו ליישם תוכנית בין-תחומית לתואר שני, אבל רק מעטים מתקבלים. באוניברסיטת בר-אילן מוקם מרכז בין-תחומי לחקר המוח שיחנך לחשיבה בין-תחומית החל בלימודי התואר הראשון.
כבר 44 שנים חוקר אבלס את המוח. “השאלה האמיתית שמעניינת אותי היא איך מתבצעות במוח הפעולות היותר מסובכות”, אומר אבלס. “למשל, איך אנחנו מסוגלים לבנות המון צורות שונות ממספר קטן של קווים, ליצור שלל מחוות גופניות על ידי צירוף מספר קטן של תנועות פשוטות, לחבר המון מנגינות ממספר קטן של תווים, וממספר קטן של הברות או קולות להרכיב כמות אין-סופית של משפטים ורעיונות?”
אפשר להבחין במוח באזורים האחראים על הראייה, ובתוכם אזורים הרגישים לקווים ישרים, כאלה הרגישים לצורות פשוטות ואזורים הרגישים לצורות מורכבות כגון פרצופים. יש במוח אזורים האחראים על השמיעה, הקולטים את המסרים המתאימים מהסביבה ויוצרים את תמונת השמע. “בכל אחד מהאזורים האלה מורכבת התמונה מאלמנטים פשוטים למסובכים, אבל חייב להיות גם ארגון אחר שלא רק בונה מאלמנטים בודדים משהו מורכב, אלא יכול להעניק הבנה ויצירה של רעיון חדש”, אומר אבלס.
“לדוגמה: כשאנחנו שומעים את המשפט 'יוסי נתן לרינה ספר', אנחנו מבינים מיד את משמעותו. ההנחה היא שבמוח מופעלות קבוצות תאים המייצגות את יוסי, את רינה, את הספר ואת הפעולה לתת. כשאנחנו שומעים את המשפט הזה, כל אחת מהקבוצות האלה מגבירה את פעילותה. אבל אם זה כל מה שקורה, אז איפה נמצאת ההבנה מי נתן למי את הספר? ההבנה, או במלים אחרות ההרכבה של רעיון מדברים פשוטים, היא הבעיה המרכזית של הבנת תהליכי החשיבה”.
המדע לא נתן עדיין מענה לשאלה זו. על פי הגישה הקיימת, לכל דבר שקיים בעולם יש ייצוג במוח, לכן כשחושבים על משהו או רואים משהו, מופעל האזור במוח שמייצג את האובייקט. ההפעלה מתבטאת בכך שקצב הפעילות של קבוצת תאי עצב באזור הזה עולה. אמנם בכל קבוצה מופעלים רק התאים המייצגים אובייקט מסוים, אבל התזמון המדויק של פעילות כל תא ותא הוא אקראי, ומה שקובע הוא הקצב הממוצע של פעילות כל התאים.
“הגישה הזאת מספקת הסבר לפעולות פשוטות”, אומר אבלס. “למשל, כשמסתכלים על קו בודד על רקע לבן. אם הקו מאוזן או מאונך, תאים שונים במוח מגבירים את קצב פעילותם. הבעיה מתעוררת כשיש כמה קווים, למשל כאלה שמתחברים יחד למשולש או לריבוע. המוח צריך לדעת אילו מהקווים שייכים למשולש ואילו לריבוע. ההסברים לכך היום מסובכים ואינם מצליחים להסביר איך אנחנו מצליחים לזהות מי משולש ומי ריבוע כשהם מסתירים באופן חלקי זה את זה או כשהם שקופים ונראים זה על זה. בחיים יש הרבה עצמים עם הסתרות חלקיות. איך אפשר לדעת אילו קווים שייכים לאיזה עצם? לא רק שלא מבינים איך המוח עושה את זה, אלא גם מערכות ממוחשבות שמנסות לפענח צילום במבנה שבו עצמים מסתירים זה את זה לא מצליחות. איך נעשה השילוב בו-בזמן של הידע שקיים בתוכנו עם האינפורמציה שבאה מהעין ליצירת תמונה כללית – זו חידה. זהו בעצם אותו סוג של בעיה כמו 'יוסי נתן לרינה ספר' – אנחנו לא יודעים איך לחבר בין המרכיבים כדי להבין את משמעות המשפט.
“לבד מכל אלה, ההסבר הקיים לא נראה סביר כי לא יכול להיות שלכל מושג או אובייקט יש ייצוג במוח. בחשבון פשוט רואים שאין לכך מספיק תאים במוח. חייבת להיות איפוא גישה אחרת שתיתן את התשובה לפעולות המורכבות יותר, כך שכל תא יוכל להשתתף בתהליכים רבים”.
בשנות השבעים פיתח אבלס לראשונה טכניקה שאיפשרה למדוד במקביל פעילות של שישה תאי עצב במוח של חיות תוך כדי ביצוע פעולות שונות. התצפיות בהתנהגות החיות ובפעילות תאי העצב שלהן חשפו תופעה חדשה: מפעם לפעם כמה תאי עצב פעלו בסדר ומרווחי זמן קבועים. למשל, תא א' החל לפעול ואחרי 36 אלפיות השנייה תא ב' ואחרי 92 אלפיות השנייה תא ג'. סדרה זו חזרה שוב ושוב בצורה שאינה ניתנת להסבר כמקרה בלבד. “מכיוון שלא ניתן היה להסביר את התופעה הזאת על סמך הידע הקיים, בניתי מודל של רשת עצבים שיכול להסביר את התופעה”, מספר אבלס.
על פי המודל שבנה, התאים מאורגנים בקבוצות. כל התאים בקבוצה אחת פועלים בו-בזמן. קבוצת תאים זו מפעילה קבוצה נוספת שגם בה כל התאים פועלים בו-בזמן, וכך הלאה. אבלס כינה את הארגון “שרשרת ירי חד”. “בדקתי את המודל באופן תיאורטי. בתחילה עם נייר ועיפרון ואחר כך בסימולציה במחשב, ונוכחתי לדעת שהרעיון נכון ויכול לעבוד, ומאז יש אסכולה שלמה של מחקרים שמתעסקים ברשתות הירי החד ומראים עוד תכונות שלהן”, אומר אבלס.
בתחילת שנות ה-90 הציע הפרופ' אלי ביננשטוק, מאוניברסיטת בראון בפרובידנס שבארצות הברית, כי על ידי תיאום זמנים בין שרשראות הירי החד אפשר לבנות ייצוגים של דברים מורכבים מהאלמנטים הפשוטים שלהם. “זמן קצר אחר כך הראינו בעזרת סימולציות שהשרשראות האלה אכן יכולות למעשה להתאים עצמן זו לזו ולהתחבר זו לזו כמו לגו”, אומר אבלס. “אפשר לבנות מכך מבנים מסובכים ולפרק בחזרה. זה גם מאפשר להסביר את תופעת 'יוסי ורינה'. אם פעולת 'לתת' מכילה שלושה רכיבים ('הנותן', 'המקבל', ו'החפץ הניתן'), אזי התאים שמייצגים את יוסי יפעלו בו-בזמן עם החלק של 'הנותן', ובכל פעם שהתאים שמייצגים את רינה יפעלו, יפעלו גם התאים המייצגים את 'המקבל' ואילו תאי הספר יפעלו בו-בזמן עם תאי 'החפץ הניתן'. וכך ניתן יהיה לייצג את מובן המשפט”.
נושא שרשראות הירי החד והתזמון ביניהן נתון בוויכוח לוהט בעולם המדעי. הוויכוח מתחיל בשאלה אם תזמון מדויק של פעילות תאי עצב אכן קיים במוח. במחקר המתנהל עתה הצליח אבלס, עם צוות חוקרים מאוניברסיטת בר-אילן, להדגים חד משמעית שאכן קיים תזמון מדויק כזה במוח.
השאלה השנייה היא, אם שרשראות ירי חד הן הדרך היחידה להסברת סדרות הפעולות המדויקות, או אולי יש רשתות אחרות במוח שיכולות גם הן ליצור תזמון מדויק. על כך עדיין אין תשובה. אבל שאלת השאלות היא, האם שרשראות הירי החד והתזמון ביניהן הם העומדים בבסיס ההבנה שלנו, או שזאת תופעת לוואי חסרת משמעות. “בדיקת היתכנות”, שערך בשנים האחרונות גבי חיון מהאוניברסיטה העברית, הראתה שהרעיון יכול לעבוד במערכת העצבים. מה שהיה חסר הוא ההוכחה הניסויית, שזה מה שאכן קורה במערכת העצבים.
“הקושי בהוכחה הניסויית הוא מוגבלות יכולת המדידה שלנו”, אומר אבלס. “בכל מילימטר מעוקב של קליפת המוח של אדם יש 20 אלף תאי עצב המחוברים ביניהם בארבעה קילומטרים של שלוחות ושמונה מיליארד נקודות מגע. אי אפשר לראות באופן ישיר מה קורה שם, לכן יכולת הבדיקה שלנו מצטמצמת בתאי עצב בודדים”.
לפני שבועיים התפרסמה בכתב העת “Science” עבודת מחקר של צוות בראשות הפרופ' רפאל יוסט מאוניברסיטת קולומביה בניו יורק. החוקרים שמו פרוסות מוח של עכבר וחולדה בצלוחיות בתמיסה פיסיולוגית ומצאו דרך להקליט בו-בזמן פעילות של כאלף תאי עצב מכל פרוסה. הניסויים הניבו שתי תופעות בלתי צפויות. האחת העידה על פעילות תאים החוזרת על עצמה בצורה מדויקת (כמו בסדרה א', ב', ג' שתוארה לעיל). כל סדרה כזאת מעידה, לדעת החוקרים, על פעילות מאורגנת בשרשרת ירי חד. בנוסף הראו שהסדרות מתחברות אחת לשנייה בסדר קבוע. “אם נדמיין לנו כל סדרה כזאת כמוטיב מוסיקלי, הרי שהחוקרים מצאו מנגינות שלמות החוזרות על עצמן. ממצאים אלו עומדים בסתירה להשקפה הרווחת שעיבוד המידע במוח נעשה על סמך שינוי כללי בקצב הפעולה של קבוצות תאים ללא סדר מדויק, אך מתיישבים היטב עם הרעיון של ארגון הפעילות בעזרת שרשרות ירי חד”, אומר אבלס. “אם אכן כך הדבר, הרי שלפנינו מהפך בהבנת המנגנונים העצביים העומדים ביסוד תהליכים כגון הבנת העולם הסובב אותנו, המחשבה, או השפה”.
