מחקר חדש, שהתפרסם באמצע אוגוסט בכתב העת היוקרתי PLOS Biology, חושף דרך לפענח את השירים המתנגנים בתוך המוח. בתוך כך הוא גם מספק הסבר אודות הדרך בה אזורים שונים במוח קולטים ומגיבים לאלמנטים אקוסטיים
סטפן הוקינג ידוע כאחד הפיזיקאים הפופולריים ביותר של המאה העשרים. הוא הנחיל את תשוקתו להבנת היקום למיליוני בני-נוער ומבוגרים, כתב ספרים והרצה בכנסים – וכל זאת על אף העובדה שבעשורים האחרונים לחייו, הוא לא היה מסוגל לנוע כלל. למעשה, הוא לא היה יכול אפילו לדבר.
אחד המאפיינים הזכורים ביותר של הוקינג היה ‘קולו’ המכאני. חיישנים מדויקים זיהו את התנועה העדינה של השריר הבודד שהוקינג היה מסוגל להניע לקראת סוף חייו – את שריר הלחי – ותרגמו את התנודות לאותיות ולמילים. המחשב המיר את המילים הכתובות לקול דמוי-אנושי. אותו קול היה ברור וקל להבנה, אבל היה רחוק מלהיות נעים לשמיעה. הוא נשמע כמו רובוט מסרטי המדע הבדיוני של אמצע המאה העשרים: מתכתי, נטול-אינטונציות ומשולל-רגש[1].
קולו של סטפן הוקינג: מלאכותי ורובוטי.
הוקינג אמנם נפטר ב- 2018, אך אנשים רבים זקוקים ל-“פרותזות קול” דומות. למעשה, אפשר לצפות שבעקבות הקורונה והחיבור של רבים למכונות הנשמה שיכולות לפגוע בגרון ובמיתרי הקול, יגדל מספר הזקוקים לפרותזות כאלו בשנים הקרובות. אבל הם לא ירצו קול מכאני כמו זה של הוקינג. קולות רובוטיים שכאלו הם נחלת המאה האחרונה. הם ירצו קול טבעי יותר, זורם יותר, אנושי הרבה יותר.
למזלם, מחקרים בתחום המוח מרמזים שאנו מתחילים להבין איך קולות כאלו נהגים, מעובדים ומופקים. אלא שבמקום להתמקד בקול עצמו, ייתכן שהפתרון יגיע דווקא ממחקרים שמגלים איך המוח מעבד מנגינות.
יותר מעוד לבנה בחומה
כבר שנים רבות שאנו יודעים שאפשר להשתיל אלקטרודות במוח, ובאמצעותן לאסוף מידע אודות הפעילות העצבית – הדרך בה העצבים מתקשרים ומעבירים מידע זה לזה. את המידע מעבירים לאלגוריתמים משוכללים שמפרקים ומשחברים אותו מחדש כדי להבין כיצד המוח מרכיב מילים, כוונות ואפילו מחשבות[2][3]. לא מפתיע לגלות שאפשר גם לגרוף מוזיקה מתוך המוח באותן צורות בדיוק.
מחקר חדש, שהתפרסם באמצע אוגוסט בכתב העת היוקרתי PLOS Biology, חושף דרך לפענח את השירים המתנגנים בתוך המוח. בתוך כך הוא גם מספק הסבר אודות הדרך בה אזורים שונים במוח קולטים ומגיבים לאלמנטים אקוסטיים.
כדי לערוך מחקרים מסוג זה, צריך בדרך כלל להחדיר אלקטרודות לעמקי הגולגולת – תהליך מורכב, מסוכן ושמעטים מוכנים לעבור אותו אם יש להם ברירה אחרת. החוקרים במקרה זה מצאו פתרון יוצא-דופן: הם ידעו שבמהלך חלק מהטיפולים בחולי אפילפסיה, מושתלות אלקטרודות על קליפת המוח, ואלו אוספות מידע מהעצבים שבתוך המוח. החולה מקבל גירויים שונים מהסביבה, והתגובה המוחית שלו נמדדת ומתועדת. החוקר יכול, למשל, לדקור את אצבעו בעדינות, או לבקש ממנו לחשוב על פרפר כחול, ולבחון איך הקריאה מהמוח משתנה.
החוקר יכול גם להשמיע למטופל שירים ולבחון את התגובה המוחית, וכך אכן עשו.
בין השנים 2009 ל- 2015 נערכו 29 ניסויים בחולי אפילפסיה, במהלכם הושמע להם השיר “עוד לבנה בחומה” (Another Brick in the Wall) של פינק פלויד. השיר נבחר מסיבה שתמצא בוודאי חן בעיני המעריצים: גם המבוגרים וגם הצעירים הסכימו ברצון לשמוע אותו. מהרגע שהשיר הושמע והמידע המוחי נקלט ונשמר בדיסק הקשיח, הוא היה זמין למחקרים עתידיים – כמו זה שהתפרסם לאחרונה.
עורכי המחקר שהתפרסם עכשיו קיבלו את המידע וניתחו אותו בזהירות כדי להבין איך הגיב המוח לפינק פלויד. הם גילו שחלקים שונים במוח הגיבו באופן שונה לאלמנטים המוזיקליים. הפעילות בחלק מסוים במוח, למשל, התגברה בעת השמעתם של צלילים מסוימים, כמו נגינה בגיטרה. אזור אחר פעל ביתר-שאת דווקא בתגובה לשירה אנושית. אזור שלישי – בחציו הימני של המוח – היה בעל חשיבות קריטית בפענוח המוזיקה. בלי המידע שהופק ממנו, לא הצליחו החוקרים לשחזר את השיר[4].
בסופו של דבר, כשהם חמושים בכל האותות הדיגיטליים מאזורי המוח השונים, הצליחו החוקרים לפתח מודל ממוחשב שירכיב מחדש את הצלילים. כשהריצו את המודל על המידע שהתקבל מהפעילות המוחית, הם גילו שהוא מפיק מנגינה שמזכירה את השיר המקורי – כולל צלילים שנשמעים כשירה אנושית של ממש. באופן עקרוני, מודל שכזה יכול לשמש חוקרים לגריפת מנגינות מכל הסוגים מהמוח.
לרוע המזל, יש מרחק גדול בין עקרון לבין מעשה.
איך שיר (ממוחשב) נולד
הבעיה הראשונה נהיית ברורה ברגע ששומעים את השיר המופק מהמוח. קיים דמיון לשיר המקורי, בוודאי, אבל זו רחוקה מלהיות הקלטה שאפשר להשמיע ברדיו. אהיה נחמד ואומר רק שהוא נשמע כאילו הקליטו אותו מתחת למים. כלומר, נעשה כאן צעד אחד בדרך להקלטת מנגינות מהמוח, אבל המסע כולו עדיין רחוק מלהיות מושלם.
למה האיכות נמוכה כל-כך? כנראה שקיימות מספר סיבות. המודל בוודאי אינו מוצלח מספיק, והוא מבוסס רק על מידע המגיע מאזורים במוח שמוקדשים לחקר מחלת האפילפסיה. כדי להפיק מודל מוצלח יותר, יהיה צורך למקם אלקטרודות במקומות נוספים במוח. אלקטרודות קטנות יותר, שימוקמו בצפיפות גבוהה יותר כדי להשיג יותר מידע, יעזרו גם הן.
הבעיה השנייה היא שהמודל הממוחשב שיצרו החוקרים מבוסס על מקרה בוחן אחד בלבד: השיר של פינק פלויד. אין עוד לבנה בחומה. אין שירים אחרים עליהם הוא נוסה. כל מי שמכיר את תהליך היצירה של מודלים ממוחשבים באמצעות בינה מלאכותית יודע שצריך לאמן אותה על מספר דגימות גדול ככל האפשר. עבור מודל שאומן רק על פינק פלויד, כל שיר חדש יישמע עדיין כמו לבנה נוספת בחומה. ברור שלא קלה היא הדרך, והמסע עודנו לא תם.
אבל עוד לפני שנגיע לסוף המסע – להבנה מלאה של האופן בו נתפסים שירים במוח – כבר נוכל להתחיל לקצור את הפירות עבור האנושות.
אחרי הכל את שיר
את הסיבה הראשונה שמחקר כזה יכול להיות שימושי תיארתי כבר בתחילת הרשומה. הוא יכול לעזור לנו לפתח “פרותזות קול” לאנשים שזקוקים להן. זה שימוש חשוב בפני עצמו, אבל קשה להתנער מהתחושה שאפשר לעשות עוד כל-כך הרבה יותר עם התובנות אודות הדרך בה המוח מעבד מנגינות.
הסיבה החשובה יותר להבנת הקשר בין המוח לתווים, נעימות ומקצבים, היא שמוזיקה היא חלק בלתי-נמחה מהתרבות האנושית. כל ציביליזציה אנושית – מהקיסרויות הגדולות ביותר ועד לשבטי-המשפחה הקטנטנים – מכילה שירים ומנגינות שכולם מכירים. כמעט אפשר לומר שהשירה המשותפת הופכת אותנו לישות גדולה יותר מסך חלקיה. כאשר הלוחמים המאורים שרו ורקדו ביחד את ה- “האקה” – ריקוד שהקדים כל מלחמה בין השבטים – הם הפכו לכוח מלוכד ומגובש והותירו את חששותיהם מאחור. גם הכמרים בקתדרלות ידעו היטב מה הם עושים כאשר הזמינו נעימות לעוגב מטובי המלחינים של מאות השנים האחרונות. מנגינת העוגב, שחודרת את העור והשרירים ומהדהדת בעור התוף ובעצמות, הפכה את השהות בכנסיה לחוויה דתית מטלטלת בה נחשף האדם לאפסותו – ובמקביל, התאחד עם אחיו ואחיותיו המאמינים.
המוזיקה יכולה גם לעורר בנו רגשות עזים. מספיק לחשוב על השירים הרומנטיים הראשונים ששמענו עם אהובי ואהובות לבנו, כדי לעורר מחדש את אותם רגשות. או בשירי ארץ ישראל, שמחזירים רבים מאיתנו לשנים תמימות ומאושרות יותר. בקיצור, מוזיקה היא דבר חשוב. אם נדע איך המוח מעבד אותה, איך הוא מייצר אותה במסדרונות הפתלתלים המקשרים בין העצבים ואיך היא מתחברת לרגשות ומעודדת אותנו לפעולה, נוכל לעזור לרבים במגוון דרכים. אולי נוכל לשפר את הטיפולים הפסיכולוגיים. אולי נוכל לעצב מנגינות שיותאמו בקפידה לכל מוח ויעזרו לבעליו להתרכז במטלה שלפניו, או לקבל פרץ אנרגיה או אופטימיות. אולי נוכל לפתח מנגינות שייגעו בנימי נפשו של כל אדם.
כמו תמיד, כשמדובר במחקרים בסיסיים, הדרך ליישום ארוכה היא ורבה, רבה, אבל כבר התחלנו לרקוד לאורכה. נותרו עוד אתגרים רבים בדרך להשגת היעד, אבל יום אחד עוד נוכל לממש את הפוטנציאל העצום הטמון בחיבור שבין המוזיקה למוח האנושי.
מקורות:
[1]https://www.wired.com/2015/01/intel-gave-stephen-hawking-voice/
[2]https://www.abstractsonline.com/pp8/#!/10619/presentation/64105
[3]https://www.nature.com/articles/s41593-023-01304-9.epdf
[4]https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002176
עוד בנושא באתר הידען:
