הסיפור שנכנס למוח: מה מתרחש בראש בעת תקשורת בין בני אדם

פרופ’ אורי חסון, פרינסטון: המוח של השומע המאזין לסיפור נהיה דומה מאוד למוח של המספרת בזמן שהיא מספרת את הסיפור

המוח האנושי הוא כנראה המכונה המופלאה ביותר שקיימת. כמו המוח של חיות, הוא מסוגל לתרגם במהירות שפע של גירויים פיזיקליים וכימיים להרכבת תמונת עולם מפורטת. נוסף על כך, הוא מסוגל לדלות כהרף עין זכרונות מאירועים שהתרחשו לפני שנים או לפני שניות וגם לעשות תכניות ארוכות טווח ולחזות אירועים עתידיים. הוא פיענח אירועים שהתרחשו לפני מיליוני שנים ובנה חלליות שטסות מיליארדי קילומטרים מכאן. המוח האנושי כתב יצירות מוזיקליות מופלאות, הגה את תורת היחסות פענח את מבנה החומר ומצא תרופות למחלות רבות. רק בתחום מחקר אחד, הוא נותר הרחק מאחור – החקר שלו עצמו. בהשוואה לתחומי ידע אחרים, מוח האדם הוא עדיין ארץ לא נודעת ברובו. החוקרים כבר מכירים לפני ולפנים את האנטומיה של המוח, שאותה אפשר לחקור גם בגופות, אבל עדיין יודעים רק מעט מאוד על התהליכים המתרחשים במוח של אדם חי. בכלים המוגבלים העומדים לרשות המדע, אפשר לקבל מושג כללי מאוד על הפעילות של המוח. אנו יודעים למשל באופן גס אילו אזורים אחראים על התפקודים השונים, כמו למידה, זיהוי פנים או דיבור, אבל ההבנה שלנו עדיין מעטה מאוד בדבר מנגוני הפעולה של תפקודים מוחיים כמו זיכרון, עיבוד מידע או רגשות, שלא לדבר על מה שמשתבש במוח בשורה ארוכה מאוד של הפרעות, מסכיזופרניה ועד אוטיזם.

מורכב ועמוק

המוח הוא מארג סבוך של עשרות מיליארדי תאי עצב. לתאים יש חלק דמוי עץ, שכל אחד מענפיו יכול להתחבר לתא אחר, כך שכל תא יכול ליצור רשת מידע עם מאות ואף אלפי תאים אחרים. מספר החיבורים בין תאי המוח נאמד ביותר מ-100 טריליון (מיליון מיליונים), ורמת המורכבות של המערכת כמעט בלתי נתפסת. כשתא מוח פועל הוא מייצר אות חשמלי, או רצף מסויים של אותות, המועברים לתאים האחרים, באמצעים חשמליים או כימיים.
אחת הדרכים לנסות להבין כיצד פועל המוח, היא למדוד את הפעילות החשמלית. כבר במאה ה-19 גילו חוקרים כי אפשר למדוד מחוץ למוח גלים המשקפים את הפעילות החשמלית שלו. במשך השנים שוכללה המדידה ואופיינו כמה סוגים של גלים, אבל לשיטה הזו, המכונה אא”ג (EEG – ElectroEncephaloGram) יש כמה מגבלות בולטות. ראשית, היא מאוד לא רגישה, ואפשר לאפיין איתה רק אזורים מאוד גדולים במוח. שנית, באופן טבעי היא משקפת בעיקר את מה שקורה באזורים החיצוניים יותר של המוח, ולא בחלקים הפנימיים יותר, או באזורים שהכיוון שלהם ביחס לגולגולת אינו מאפשר מדידה יעילה של הגלים. פיתוח מתקדם יותר של השיטה, כולל נעיצה של אלקטרודות חשמליות לתוך המוח כדי למדוד את הפעילות החשמלית באזורים מסויימים. השיטה הזו הרבה יותר מדוייקת ורגישה, אבל אלקטרודות דקות מאוד, עדיין גדולות ביחס לתאי המוח, והן מסוגלות במקרה הטוב למדוד פעילות של אלפי תאים, ולא של תאים יחידים. השיטה הזו גם כרוכה בקושי מתודי מסויים: המוח של רוב האנשים מגלה רתיעה מסויימת מן הרעיון שיינעצו בו אלקטרודות. גם אם מתגברים על הרתיעה הזו, יש חשש שעצם נעיצת האלקטרודה תפגע באזור מסויים, או תשפיע על התפקוד שלו, כך שהיכולת להשתמש בשיטה הזו למחקר – מוגבלת מאוד. ויש עוד בעיה יסודית בחקר המוח: המדענים מנסים להבין כיצד הוא פועל באמת, אבל מצב שבו אדם חובש קסדה למדידת גלים, או שנועצים אלקטרודות בראשו, לא ממש משקף את המציאות של רוב האנשים: עצם הסיטואציה הלא טבעית כבר פוגעת מאוד ביכולת של החוקרים לנסות להבין בשיטות האלה את הפעילות הרגילה של המוח.

להתבונן מבחוץ

אחד הפיתוחים שהעניקו דחיפה של ממש לחקר המוח, הוא ה-fMRI. מכיוון שגוף האדם מורכב ברובו ממים, שהם מימן וחמצן, יש בו שפע אדיר של אטומי מימן. במצב טבעי, האטומים האלה מסתובבים סביב עצמם באופן חופשי. ואולם, כששמים אותם בין מגנטים, הם מתיישרים לפני השדה המגנטי. אם מפעילים עליהם קרינה בניצב לכיוון השדה, למשל גלי רדיו, זה גורם להם לשנות כיוון, ובתוך כך לפלוט אנרגיה. את הפליטה הזו אפשר למדוד באמצעות גלאים, להצליב כל מדידה עם עוצמת הקרינה, וליצור בעזרת מחשב מפה של הגרעינים – כלומר לגלות היכן יש יותר מים, והיכן פחות. מכיוון שכל סוג של רקמה (דם, שריר, שומן וכו’) מכיל ריכוזים שונים של מים, אפשר ליצור בשיטה הזו תמונה של הרקמות הרכות, בלי לחדור לגוף, ובלי שימוש בקרינה מזיקה (גלי רדיו הם קרינה חלשה יחסית, ולא מסוכנת). בהמשך שוכלל המכשיר כך שהמגנט מסתובב סביב הנבדק ומאפשר לצלם חתכים או שכבות של הגוף, ולהרכיב (בעזרת מחשב כמובן) תמונה דו-מימדית או תלת-מימדית מפורטת. מכשירים כאלה נקראים MRI (Magnetic Resonance Imaging), והם הפכו כלי מרכזי באבחון רפואי, בעיקר של הנעשה במוח. בשני העשורים האחרונים בא לעולם ה-MRI התפקודי (functional), או בקיצור fMRI. כאן נוספה למערכת ההדמיה הרגילה גם מערכת המודדת בשיטה דומה את הריכוז של אטומי חמצן, בעיקר במולקולות המוגלובין, הנושאות את החמצן בתאי הדם האדומים. לכן המכשיר הזה מסוגל למדוד היכן במוח יש זרימת דם מוגברת, המעידה בעקיפין על פעילות חשמלית מוגברת. גם ה-fMRI רחוק מאוד מדיוק ברמת התא, אבל היכולת שלו למדוד פעילות בתוך המוח, גם בשכבות העמוקות, בלי צורך בחדירה ובשעה שהנבדק מסוגל לתפקד כמעט בלי הפרעה, הזניקה את היכולת של המדענים לחקור את נבכי המוח.

צימוד והבנה

גם עם השיפור ביכולת המדידה, המוח הוא עדיין מערכת מורכבת ביותר, שקשה מאוד לבודד בה משתנים מסויימים ולבדוק רק אותם. לכן, רוב החוקרים העדיפו עד כה ניסויים פשוטים יחסית, בתקווה לפענח קודם כל פעולות בסיסיות. לדוגמה, מודדים את התפקוד בשעה שנבדק רואה תמונה של חתול, או מבטא את המילה חתול, ובודקים אילו אזורים במוח מגיבים. לכן, למרות שמדובר בנבדק המצוי בהכרה ובתפקוד תקין, הבדיקה רחוקה מאוד מהמתרחש בעולם האמיתי.

כדי לבחון מצב מציאותי יותר, החליטה קבוצת מחקר במחלקה לפסיכולוגיה וחקר המוח באוניברסיטת פרינסטון לבדוק מה קורה במוח בזמן שאדם מספר סיפור. תלמידת המחקר לורן סילברט (Silbert) נכנסה לתוך מכשיר fMRI, והקליטה את עצמה מספרת על אירועי היום שלה, בעוד החוקרים, בראשות פרופ’ אורי חסון, בוחנים את תפקוד המוח. התוצאה היתה מפתיעה. קודם לכן חשבו החוקרים כי במצב כזה יופעל רק אזור מצומצם במוח השמאלי, בעיקר האזור האחראי על התפקוד המוטורי של מיתרי הקול. “גילינו שמופעלת רשת עצבית רחבה הרבה יותר, בשני צידי המוח, הכוללת אזורים הקשורים לשפה ולתפקודים רבים אחרים”, אומר חסון. בשלב הבא, בדקו החוקרים מה קורה במוח של אדם השומע את הסיפור של לורן: הם השמיעו את ההקלטות לנבדקים אחרים ששכבו במכשיר ה-fMRI, ומדדו את תפקודי המוח שלהם. לאחר מכן נשאלו הנבדקים שאלות על תוכן הסיפור, כדי לבדוק עד כמה הבינו אותו. “גילינו להפתעתנו כי המוח של השומע המאזין לסיפור נהיה דומה מאוד למוח של המספרת בזמן שהיא מספרת את הסיפור. כלומר, אותם אזורים מתחילים לפעול באותם זמנים”, מסביר חסון. “יש מעין צימוד של המוחות, וראינו שככל שהצימוד הזה חזק יותר, השומע הבין טוב יותר את הסיפור”.

שדה מחקר רחב

המחקר של חסון ועמיתיו פורסם השבוע בבטאון האקדמיה האמריקנית למדעים, PNAS (קישור למאמר המחקר – בתחתית הדף). מכיוון שהוא עוסק בגירויים אמיתיים, ובסיטואציה הקרובה יחסית למציאות, עשויות להיות לו השלכות מרחיקות לכת, אף על פי שמדובר בינתיים רק במדע בסיסי, ולא במחקר יישומי. “אפשר למשל למדוד בשיטה שלנו עד כמה מורה מצליח להעביר את החומר לתלמידיו, או עד כמה נאום פוליטי משפיע על קהל המאזינים שהוא מיועד אליו”, אומר חסון. “נוסף על כך, אנחנו יכולים לבדוק מצבים של חוסר תקשורת, ולנסות לבדוק מה גורם לכשל הזה”. יישום נוסף של מערכת הניסוי עשוי להיות בהבנת הפרעות קליניות כמו אוטיזם, המתבטאות בפגיעה ביכולת של מוח החולה לתקשר עם מוחות אחרים.

“עד עכשיו חקרנו בעצם מצב של מונולוג”, אומר חסון. “אדם אחד מדבר ואחד מקשיב. בשלב הבא אנו רוצים לבדוק מצב אמיתי יותר, של דיאלוג, אדם שגם מדבר וגם מקשיב. יש לנו שני מכשירי MRI מחוברים אחד לשני, ואנו רוצים לבדוק סיטואציות כאלה ולמדוד מה קורה במוח של הנבדקים”. בשנים הבאות מתכוון חסון להעמיק את המחקר בכיוונים נוספים. “אנו רוצים לחקור את התהליכים של דינאמיקה בין מוחות, מה גורם להבנה טובה יותר או פחות, להפרעות בתקשורת ולהפרעות קליניות”, הוא מסכם. “יש כאן שדה מחקר נרחב שיעסיק אותנו ואת קבוצות המחקר שיצטרפו אלינו, עוד שנים ארוכות”.

לכתבה בבלוג של איתי נבו “המאור הקטן” – לחיצה על כפתור הרמקול יאפשר האזנה לראיון עם פרופ’ חסון בתוכנית “מיקרוסקופ”

מאמר המחקר בכתב העת PNAS

באותו הנושא באתר הידען
“המטרה – להבין כיצד המוח פועל ולהפיק מכך גם תובנות לתחומים אחרים”
שבב המחקה את המוח