אוטוסטרדת המידע של המוח – איך פועל איבר החשיבה האנושי?

פרופ’ משה אבלס – מנהל המרכז לחקר המוח, מגזין “ראש גדול”

20,000 תאי עצב מצויים בכל מילימטר מעוקב שבקליפת המוח שלנו. הם מתקשרים בו-זמנית זה עם זה באמצעות רשת של שלוחות עצבים באורך כ- 4 ק”מ וכמיליארד נקודות קשר. נשמע מסובך? נסו לדמיין מה קורה במוח כולו. כדי להתחיל להבין מה קורה במוח יש לגלות תחילה באיזה קוד מדברים ביניהם התאים. אולם גם כשיודעים, ברמה המולקולרית, מה קורה בתא עצב בודד עדיין יש לנו בעיה להקיש מכך לגבי המערכת בכללה. זאת מפני שככל שהמערכת מורכבת יותר, מתברר שפעולת השלם היא תמיד יותר מצירוף זה או אחר של סך החלקים. כך שגם התארגנות של רשתות קטנות בחיות פשוטות, עדיין לא מלמדת אותנו על הקשר בין תאי עצב בחיה מפותחת. לכן אנו מבקשים לחקור מהו המפתח שבעזרתו ניתן לקפוץ מהרמה של תאי עצב בודדים או רשתות קטנות, למתרחש במוחות מפותחים.

הקפיצה קדימה של היונקים

מקובל להניח שקליפת המוח התפתחה בקרב היונקים בקצב מואץ יותר מאשר בחיות אחרות. זהו החלק החשוב ביותר המשמש לתפקודים הגבוהים. אם ניתן היה לשחזר את כל אוטוסטרדת המידע של המוח על קשריה ותכונותיה, סביר להניח שהיינו יכולים להבין כיצד המוח עובד. אך עקב מורכבותו הרבה של המוח הסיכוי לעשות זאת שואף לאפס.

אבן הנגף העיקרית להבנת המוח היא הבנת הקוד שבעזרתו התאים שולחים מסרים זה לזה. התקשורת במוח היא חשמלית ומתבצעת באמצעות פעימות (פולסים) שנמשכות אלפית השנייה. כל פעימה כזו נראית כמו זיז (spike) של קפיצת מתח. אך מה הם “אומרים”? איזה סוג של מידע הם מעבירים זה לזה?

ניתן לתאר את המתרחש שם באמצעות הדימוי הבא: תארו לכם שקבוצת חייזרים מגיעה לכדור הארץ ומנסה להבין את מנגנון הראייה של בני האדם. חייזרים אלו מצוידים בראייה פשוטה מזערית שניתן בעזרתה להבחין רק בנקודה אחת במרחב. אותם חייזרים לוקחים דף עיתון למעבדה בניסיון לפענח את הכתוב בו. אם הם יסרקו את הדף באמצעות נקודה בודדת של אור וחושך הם ימצאו שיש נקודות לבנות ויש שחורות, תלוי היכן מסתכלים. הם יסיקו מכך שהקוד של הדבר הזה שבני האדם מתעניינים בו הוא צפיפותן של הנקודות השחורות. הדבר משול לפיזיולוגים שעורכים ניסוי ע”י חיבור אלקטרודה בודדת למוח, בוחנים מה עושה תא עצב אחד ומנסים להבין לפי זה את המוח כולו. אך אם אותם חייזרים היו מפתחים טכניקה שבעזרתה יכלו להתבונן בו-זמנית במספר נקודות הם היו יכולים להבחין בתבניות של נקודות שחורות שחוזרות על עצמן. זהו המצב של מחקר מתקדם יותר בחקר המוח המנסה לבדוק בעזרת מספר אלקטרודות את הפעילות במספר תאי עצב בו-זמנית. המחקר שבו אני עוסק מתמקד בזיהוי הצירופים הללו ובניסיון להבין מה עומד מאחוריהם.

עמי ותמי – חישוביות עצבית

רבים מאנשי המחשב העוסקים בחקר המוח הגיעו למסקנה שאילו ניתן היה להצמיד לכל זיז תווית המסמנת גם עם אילו תאים הוא משתף פעולה, היה ניתן לעשות דברים מרחיקי לכת ובעלי השלכה על תהליכים שונים כמו קריאה, הבנת שפה וליקויי למידה. לדוגמא: במשפט “עמי נתן לתמי ספר” יש לכל מילה קבוצת תאים המייצגת אותה. לפענוח המשפט צריך לדעת מי התאים המשתתפים אך גם את סדר הופעתם. לשם כך יש לזהות איזה קבוצות תאים מייצגות את המילה המגדירה את זה שנתן ‘עמי’, איזה תאים מייצגים את הגדרת זה שקיבל ‘תמי’ ואלו תאים מייצגים את המהות הניתנת, במקרה זה – ספר. רק אז נוצר ההגיון.

המוח קולט דברים רבים בו-זמנית אך רק חלק קטן מהם מצטרף יחדיו לייצוג מושג מסוים. למשל, כשרואים ריבוע אדום ועיגול ירוק. הפענוח של הצורות נעשה באזור אחד ופענוח הצבע באזור אחר אך הזיהוי נעשה בו-זמנית. איך הדבר נעשה? איך הדברים קורים? שאלה אחת כיצד אנו למדים על סמך ניסיון ושאלה אחרת היא כיצד אנו משתמשים בידע הנרכש. איך למשל אנו משתמשים בידע הזה כדי לזהות חפצים?

מנסים להבין

כדי להבין איזה מנגנונים מאפשרים חיבור בין גורמים שונים לישות אחת, אנו עוסקים בבחינה של תנועות רצוניות כמו הושטת יד לתפישת כוס. ההושטה והתפיסה הם תהליך אחד שבו מתבצע קישור רציף של פעולות בו-זמניות כדי להגיע למטרה מסוימת. יש הסבורים כי היכולת לשרשר פעולות בצורה מתואמת היא זו שהובילה בסופו של דבר ליכולת המילולית של האדם ומכאן שהבנה של התהליך תוביל להבנה של חידת הדיבור המשוכלל שלנו. זה מה שאנו מנסים לעשות בעזרת החישוביות העצבית. הייחודיות של כלי זה מתבטאת ב- 3 רבדים:

הראשון הוא ההסתכלות מהכלל אל הפרט. ההנחה היא שהכלל עולה על סכום פרטיו ולפיכך יש לבנות מודלים כלליים המתארים כיצד תאי העצב המשפיעים זה על זה באופן הדדי מתנהגים, ואז לראות אם העיקרון נכון גם לגבי המוח.

השני מתקשר לניתוח נתונים. מאחר שמדובר בכמות נתונים עצומה יש לפתח טכניקות לעיבוד הנתונים ולצמצום התצפיות כך שהתוצאות שתתקבלנה בסופו של דבר תהיינה בנושאים שמעניינים את החוקרים.

השלישי נוגע לנושא הסימולציה, כיצד לדמות בעזרת תוכנות מחשב רשת שתשקף נכון ככל שאפשר את מה שקורה ברשת המוחית.

כלים אלה מאפשרים לנו להתקרב צעד אחר צעד להבנה כוללת יותר וטובה יותר למתרחש במוח ובכך גם ליכולת לסייע בשיקום מי שנפגע במוחו באופן כזה או אחר.

פרופ’ אבלס הוא ממקבלי פרס א.מ.ת. לשנת 2004, ובלע קתדרה ע”ש שמעון באוניברסיטת בר אילן וקתדרה בנוירופיזיולוגיה ע”ש מינה וארנס שפיגל באוניברסיטה העברית בירושלים.

לאתר “ראש גדול”