כתיבה יוצרת

צוות של מתמטיקאים ונוירוביולוגים ממכון ויצמן למדע לתת להן תשובה לשאלה כיצד מקודד המוח שלנו את התנועות המורכבות הנדרשות לצורך כתיבה. ממצאיהם התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Neuron.

השרירים הנדרשים כדי להניע את היד בכתיבה על דף נייר שונים מאלה המשמשים לכתיבת אותיות גדולות על לוח, ובכל זאת, צורת האותיות, על פיתוליהן הייחודיים לכל אדם, דומה בשני המקרים. כיצד מקודד המוח שלנו את התנועות המורכבות הנדרשות לצורך כתיבה? האם הוא מפעיל מערך אחד של הוראות – הן לכתיבה על נייר והן לכתיבה על לוח, או שמא מדובר במערכים שונים? שאלות אלה היו נתונות לוויכוח בקרב נוירוביולוגים זה זמן. כעת הצליח צוות של מתמטיקאים ונוירוביולוגים ממכון ויצמן למדע לתת להן תשובה. ממצאיהם התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Neuron.

אחת מצוות המדענים היא תלמידת המחקר נעמה קדמון הרפז, שעבודתה משלבת את המתמטיקה עם הנוירוביולוגיה. את לימודי התואר השני שלה עשתה במחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, וכיום היא עושה את התואר השלישי במעבדתה של פרופ’ תמר פלש, במחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית. עוד השתתף במחקר הנוירוביולוג ד”ר אילן דינשטיין, לשעבר חוקר בתר-דוקטוריאלי במעבדתו של פרופ’ רפי מלאך, וכיום חבר סגל באוניברסיטת בן גוריון בנגב.

לצורך המחקר ביקשו קדמון הרפז, ד”ר דינשטיין ופרופ’ פלש ממתנדבים לכתוב שלוש אותיות – הן בכתב גדול והן בכתב קטן, על מסך מגע, כשהם אינם יכולים לראות את מה שכתבו. בזמן הכתיבה נסרק המוח שלהם באמצעות מכשיר MRI, במטרה לזהות את הפעילות המוחית העומדת בבסיס הפעולה הפיסית. בנוסף ניתחו אנשי הצוות את תנועות הכתיבה: הן את תכונותיהן הגיאומטריות ואת הימשכותן בזמן, והן את הקינמטיקה שלהן (כלומר, מהירות התנועה וכיווניה).

עם הצטברות התוצאות וניתוחן עלו ממצאים חד-משמעיים: אזורים מסוימים במוח מקודדים באופן דומה הן את הכתיבה של אותיות גדולות והן את זו של אותיות קטנות. במונחים מתמטיים אפשר לומר, כי הקידוד באזורים אלו “אינו תלוי בקנה-מידה”; כלומר, תבנית הפעילות המוחית דומה מאוד בכל קנה-מידה – גדול או קטן, מהיר או איטי. ממצא זה, “קוד אחיד לכולם”, עולה בקנה אחד עם מחקרים קודמים, אשר רמזו כי למרות השימוש בשרירים שונים, הבסיס הקינמטי של כתיבת אותיות קטנות וגדולות הוא זהה.

תוצאות סריקת ה-fMRI חשפו שני אזורים מוחיים המעורבים בקידוד זה. האחד הוא ה-anterior intraparietal sulcus, איזור באונה הקודקודית אשר מוכר כגורם מרכזי בפעולות הדורשות תיאום עין-יד ותכנון תנועה. האיזור השני הוא האיזור המוטורי הראשוני (M1), והוא נחשב למוציא לפועל של תנועת היד. בהיררכיה של המוח, ה-aIPS נחשב ל”גבוה” יותר מ-M1, כלומר, הוא מעבד מידע מופשט יותר. לכן ניתן אולי להעריך, כי איזור זה הוא שמקודד תנועות ללא תלות בגודלן. אולם המדענים הופתעו לגלות, כי גם האיזור ה”נמוך” יותר, M1, שנחשב תמיד למקור מיידי לפקודות עצביות הנשלחות לחוט השדרה וממנו לשרירים, ומעורב בהיבטים מכניים יותר של התנועה, אחראי גם הוא לקידוד תנועות שאינן תלויות בקנה-מידה.

המדענים סבורים, כי חוסר התלות בגודל התנועה או במשתנים דומים נועד להקל על בקרת התנועה, ולהגדיל את יעילות העיבוד של המידע העצבי.אומרת פרופ’ פלש: “בכל הנוגע ליצירת תנועה, ההנחה היא כי המוח עובד ‘מלמעלה למטה’ – מייצוגים מופשטים לפעולות פיסיות. אולם אנחנו גילינו קידוד מופשט באזורים הנחשבים לנמוכים יחסית. אנחנו סבורים, כי האזורים המוטורים במוח פועלים יותר כרשת, ופחות כהיררכיה נוקשה וברורה. בנוסף, נראה כי תבניות מופשטות משמשות לקידוד פעולות מוטוריות המתבצעות על העולם שמסביבנו”.

ניסוי זה הוא אחד הראשונים בו נעשה שימוש בסריקת fMRI כדי לחקור בקרת תנועה בבני-אדם. מרבית המחקרים בהם נעשה שימוש ב-fMRI בוחנים את תגובת המוח לקלטים – כמו תמונות או סרטונים, ואילו מחקרים הבודקים פלט – כמו תנועה, נעשים בדרך כלל באמצעות אלקטרודות המודדות את פעילותם של תאי עצב רבים או בודדים בפרימטים, אך לא בבני-אדם. “באמצעות שימוש ב-fMRI לבחינת בקרת התנועה בבני-אדם”, אומר ד”ר דינשטיין, “הצלחנו לראות אזורים רבים במוח בבת אחת. יכולנו גם לראות כיצד פועל כל אחד מהם ביחס לאחר”.

פרופ’ פלש סבורה, כי ממצאים אלה עשויים להיות רלבנטיים עבור מספר גדול של תחומי מחקר. לדוגמה, התובנה שעלתה מהם בנוגע לאופן פעילות המוח עשויה להיות יישומית בתחום הרובוטיקה והביו-רובוטיקה, כדי לשפר את יעילות התנועה ולאפשר טווח רחב של תנועה מורכבת. בנוסף, היא עשויה לסייע בהבנת הפרעות תנועה שמקורן במוח, כמו מחלת פרקינסון ושיתוק בעקבות שטף דם מוחי. היא גם עשויה להוביל להבנה טובה יותר של ה”זיכרון המוטורי” בו אנו משתמשים מדי יום ביומו, באופן לא מודע. לשם כך יש לענות על שאלות נוספות, ובהן: באיזה שלב של למידת הכתיבה מתאפשרת כתיבה שאינה תלויה בקנה-מידה? וכיצד מתרחשת למידה מוטורית מסוג זה במוח?