קוראי המחשבות

אם המבריקים שבין חוקרי המוח צודקים, עם סורק מוח עצמתי ומספיק חישובים, מסוגל המדע ל"צלם" תמונות – ואולי יום אחד אפילו לקרוא מחשבות – היישר מתוך המוח שלכם.

מאת ליסה קטיאמה

כבר חושך, ליל יום שני חמים באפריל, אני שוכבת עם הפנים כלפי מעלה בתוך גליל ששוקל 13 טון במרכז הדמיית המוח הנרי ה. ווילר באוניברסיטת קליפורניה בברקלי. החדר מואר במעומעם, ואני לבדי. מעטפת פלסטיק לבנה מקיפה את פניי, ומסך מחשב כחול בוהק בעיניי. אני נמצאת כאן בגלל שמדען מוח בשם ג'ק גלאנט טוען שהוא מסוגל לקרוא את המחשבות שלי. הוא נתן לי הוראות קפדניות לא לזוז; אפילו התזוזה הקלה ביותר יכולה להשפיע על רמת הדיוק של מה שהוא הולך לעשות. בעודי בוהה היישר למעלה, אני מרגישה גירוד בירך. אל תגרדי, אני אומרת לעצמי. אני מנסה להשתיק את המחשבות שלי בזמן שהצפצופים הופכים למהירים יותר ומכונת ה-fMRI – הסורק שיזהה את השינויים בזרימת הדם במוח שלי – מתחילה לפעול.

גלאנט מבטיח לי שהמחשבות הרנדומאליות שעוברות לי בראש לא ישפיעו על התוצאות שלו. היום הוא רק מעוניין במה שאני רואה ואיך זה נקלט בקליפת הראייה, אזור בחלקו האחורי של המוח המעבד את מה שעינינו רואות. זה לא משנה אם אני חושבת על מה אני הולכת לאכול לארוחת ערב, או שאני מודאגת שאני אקבל דוח חנייה. הדבר החשוב היחידי, הוא אומר, הוא שאני אשאר דוממת כמה שאני יכולה, ועוד מעט יהיה לו מספיק מידע על מנת ליצור מחדש את התמונות עליהן הסתכלתי מבלי שהוא ראה אותן בעצמו.

בעשר השנים האחרונות, מנהל גלאנט את המעבדה למדעי המוח ופסיכולוגיה בברקלי, המוקדשת למחקר הדמיות מוח וראייה. הוא אחד מכמה מדעני מוח בודדים בעולם הנמצאים על סף גילוי המפתח לקריאת מחשבות באמצעות ניתוח תבניות מוח בעזרת סריקות תהודות מגנטיות ואלגוריתמים. על ידי חשיפה של סדרת תמונות רנדומאליות והערכת וניתוח סריקות fMRI מקליפת הראייה העיקרית שלי, אומר גלאנט שהטכניקה שלו יכולה לבנות מחדש תמונות הנאגרות במוח שלי. השיטה העכשווית שלו דורשת שעות של ניתוח, אבל המטרה שלו היא לחדד את הטכנולוגיה לנקודה בה היא תוכל להסיק מה אנשים רואים בזמן אמת.

אם הוא יצליח, תוכל השיטה להשפיע על האופן בו אנחנו עושים כמעט כל דבר. מכונות קוראות מחשבות יוכלו לעזור לרופאים להבין את העולמות הפנימיים של אנשים הסובלים מהזיות, נכויות קוגניטיביות, הפרעות דחק פוסט-טראומטיות וליקויים אחרים. שופטים יוכלו להשתמש בהם כדי להציץ אל תוך מוחותיהם של חשודים על ידי דרישה שישחזרו את החוויה וקריאה של מה שהם רואים במוחם. מכונות כאלה יוכלו גם להכריע אם מישהו שמשתמש בקו הגנה בשל אי-שפיות מרמה, או אם מישהו הטוען להגנה עצמית באמת חשש לחייו. מצד שני, הטכנולוגיה מעלה דאגות אתיות משמעותיות, כשמבקרים חוששים שהיא תוכל בבוא היום להפוך את המחשבות האישיות שלנו לחשופות לחטטנים ולהאקרים.

אני חושבת על כל הדברים האלה בזמן שאני שוכבת בלי לזוז בתוך סורק המוח, בוהה היישר קדימה בזמן שגלאנט ושניים מהחוקרים במעבדה שלו מקרינים כמה עשרות תמונות לפני עיניי, במשך כמה שניות כל אחת. אני רואה כבשים רועות באחו, תצורת סלע, אגם ופרופיל של בחור שנראה כמו אינשטיין. אני לא אמורה באמת להסתכל על התמונות האלה – התפקיד שלי הוא לבהות בנקודה הלבנה באמצע המסך. "ראייה" לא מתרחשת באופן מוחלט במימד ההכרתי, מסביר גלאנט. קליפת הראייה פועלת כמו מצלמה, וקולטת מידע באופן אוטומטי דרך הרשתית ורושמת את הדימוי במוח.

עשר הדקות מרגישות כמו נצח, אבל בסופו של דבר ה-fMRI מודיע על סיום התכנית שלו עם צפצוף חזק נוסף. החוקרים מוציאים אותי מהתא ומלווים אותי אל חדר הבקרה, שם מסך ענק מציג 30 תמונות סרוקות של המוח שלי מזוויות שונות. אני רואה קבוצות של קווים לבנים מפותלים וצורות V באפור בהיר בתוך שורות של עיגולים אפורים. "זהו זה? זה המוח שלי?" אני שואלת, הראש שלי מעורפל מהמאמץ הגדול לא לזוז. מפתיע אותי שאפשר לצמצם את כל התהליכים המתרחשים במוח שלי למקבץ של צורות גיאומטריות. גלאנטר אומר לי שפעילות מוחית היא בבסיסה רק קבוצה של תאי עצב שיורים בהערכה כ-300 מיליון פעם בקליפת הראייה העיקרית לבדה, על פי המחקרים העדכניים ביותר.

כדי לעזור בפענוח הצורות, סורק המוח מחלק אותם לרשת של מבנים תלת-ממדיים דמויי קובייה הנקראים כל אחד פיקסל נפח, או ווקסל (voxel). לי, כל ווקסל נראה כמו עירוב רנדומאלי של לבנים, אפורים ושחורים. אבל למודל המחשב של גלאנט, שיכול לראות מידע מדויק יותר בתוך הגוונים האלה, הווקסלים הם מטריצה משמעותית של אפסים ואחדים. על ידי חישוב המטריצה הזאת, הוא מסוגל להפוך את הצורות חזרה לעיבוד מדויק להפליא של הבחור שנראה כמו אינשטיין או של הכבשים באחו. לגלאנט ולצוות שלו לא היה מספיק זמן כדי ליצור מספיק סריקות של המוח שלי כדי לגרום לאלגוריתם שלהם לפעול, אבל הם הראו לי תוצאות משכנעות ממתנדבים אחרים. "זה לא מושלם", אומר שינג'י נישימוטו, אחד מהפוסט-דוקטורנטים של גלאנט, "אבל אנחנו די מתקרבים".

כשאני עוזבת את המעבדה והמחשבות שלי שמורות בראשי, אני מרגישה קצת לא בנוח עם הידיעה שהם עלולים לא להישאר שמורות לעוד הרבה זמן. "הפיענוח העצבי" ("neural decoding") של גלאנט – מונח שהוא מעדיף על פני "קריאת מחשבות" – הופך להיות מהיר ומתוחכם מיום ליום. למעשה, באוקטובר האחרון, הצליחה המעבדה שלו ליצור מחדש וידאו קליפים שלמים רק על ידי ניתוח תבניות מוח של אנשים שצפו בהם. בדוגמה אחת, וידאו משוחזר של פיל הולך במדבר הראה כתם דומה לדמבו צועד לרוחב המסך. הפרטים המדויקים אובדים, אבל למרות זאת התרגום הוא מרשים מעצם העובדה שהוא נמשך מתוך מוחו של מישהו. וזה לא רק גלאנט שמתקדם. באמצעות טכנולוגיה דומה, מפענחים חוקרים אחרים זיכרונות וחלומות.
מעבר למימד המטושטש של העל-טבעי, קריאת מחשבות עשויה להיות פשוט שאלה של הכלים הנכונים. "כל עוד יש לנו מדידות טובות של פעילות מוחית ומודלים ממוחשבים טובים של המוח", כתב גלאנט בנספח למאמר שהוא פרסם בכתב העת Nature ב-2008, "זה באופן עקרוני אמור להיות אפשרי לפענח את התוכן הוויזואלי של תהליכים מנטאליים כמו חלומות, זיכרונות ותמונות".

הקסם של ה-MRI
גלאנט הוא איש רזה ושרירי, עם שפם פרסה ואנרגיה של וילי וונקה סביבו. הוא נוטה להשתמש בהשוואות ידידותיות ובהירות כשהוא מדבר. "המוח הוא כמו תרנגול הודו של חג ההודיה", הוא אמר לי בקיץ האחרון במהלך ביקור במשרדו הפשוט בברקלי. הוא צייר בהתרגשות על לוח, בניסיון להסביר במונחים פשוטים את הפעילות הפנימית של קליפת הראייה. "החלק החיצוני של תרנגול ההודו הוא העור, או קליפת המוח. כל קפלי העוף בפנים הם גרעינים תת-קליפתיים. זה" – הוא הקיש עם הגיר שלו על החלל דמוי הבלון הענק בחלקו האחורי של ציור "תרנגול ההודו" שלו – "הוא קליפת הראייה העיקרית", מרכז מערכת הראייה שלנו.

המוח מפעיל פס ייצור מורכב כדי לבנות את העולם שסביבנו. קליפת הראייה העיקרית, או ה-V1, מתחברת למבוך של אזורים אחרים במוח המכונים V2, V3, וכן הלאה. ("אף אחד לא יודע בדיוק כמה אזורים יש שם למעלה", אומר גלאנט, כשהוא מצביע עם אצבע על ראשו). כל אזור מבצע פעולות ספציפיות הקשורות-לראייה, כמו הבדלה בין צבעים, הבחנה בין צורות, קביעת עומק שדה, או חישה בתנועה. כשאני מסתכלת על כלב למשל, אני לא רואה רק את הצורה של בעל חיים עם ארבע רגליים; אני מזהה שהוא הכלב החום-לבן שהיה לי כשהייתי ילדה, המקפץ בצורה מוכרת בחצר האחורית בה גדלתי. התמונה עלולה אפילו לעורר את זיכרון המשחק איתו. כל אחד מהאספקטים האלה של "לראות" היה מיוצג על ידי תבניות שונות בקליפת הראייה.

הפונקציה העיקרית של ה-V1 הרלוונטית למחקר של גלאנט – קליטה של גירויים ויזואליים – התגלתה בתחילת המאה ה-20, כשחיילים עם פציעות מכדורים בחלק האחורי של הראש, ככל הנראה בקליפת הראייה שלהם, חוו עיוורון חלקי על אף שהעיניים שלהם היו בריאות לחלוטין. ניסויים על מכרסמים אישרו שהמיקום והצורה של דברים שאנחנו רואים משוכפלים ב-V1. אם הייתי מסתכלת על עץ, למשל, חלקה האחורי של העין היה קולט ייצוג של עץ הפוך על ה-V1. אבל בשנות ה-90' המאוחרות, כשמדעני מוח השתמשו בתהליך שנקרא תבנית זיהוי מולטי-ווקסלים, הם הצליחו לאתר בדיוק את הייצוגים האלה באופן בלתי פולשני בבני אדם. הטכניקה משתמשת ב-fMRI כדי למפות את קליפת הראייה במבנים קטנטנים – ווקסלים – שמקבילים לתבניות הזרימה של הדם. תבנית אחת באזור שאחראי לצורה, לדוגמה, יכולה לרמוז שהאדם מסתכל על כלב, בעוד תבנית אחרת באזור שאחראי על הצבע יכולה לרמוז על כך שהכלב הוא חום.

הפרויקט של גלאנט לוקח את הטכניקה לרמה חדשה, באמצעות מודל ממוחשב שלא רק מזהה את הדמויות אלא גם מסוגל לשחזר אותן. בליל סריקת ה-fMRI שלי, פגשתי חמישה מחברי צוות ממעבדה של גלאנט, שבשלוש השנים האחרונות, נאבקים עם תיאוריית הסתברות כדי להגיע לאלגוריתם הטוב ביותר להפעלת המודל. כששאלתי אותם איך בדיוק הם תכנתו את הקוד, רשם תומאס נאסלריס, פוסט דוקטורנט גבוה ומתולתל, משוואה ארוכה על הלוח הנקראת חוק בייס. "זהו עקרון היסוד של תורת ההסתברות שמחשב איך הסתברויות משתנות בתגובה למידע חדש", הוא הסביר, והוא המפתח לטכניקה שלהם.

כדי לחשב את ההסתברות שתבניות במוחו של מישהו מייצגות דמות מסוימת, צריכים החוקרים לצייד את המשוואה המיוחדת שלהם קודם לכן במדגם מידע משמעותי, ולהכניס 1,750 סריקות fMRI של נבדק הנושא. " חוק בייס אומר לך, לגבי כל תמונה אפשרית שהנבדק מסתכל עליה, את ההסתברות שמה שאנחנו בונים הוא התמונה הנכונה", אומר נאסלריס. זה בערך כמו לנבא דגם של מכונית המוסתרת מתחת לברזנט: כדי להעלות ניחוש מדויק, אתה צריך קודם לנתח את כל הרמזים הזמינים – צורת הברזנט, גודלו, אולי סוג האדם שהוא בעליו של הרכב, אולי צליל המנוע. כמה שיש לך יותר מידע, כך הניחוש שלך יהיה מושכל יותר. באופן דומה, ככל שתכניס יותר מידע לתוך המשוואה, כך התחזיות שלו יהיו מדויקות.

דובים רוקדים
היכולת לשלוף תמונה ממוחו של מישהו היא הישג מרשים, אבל אתגר גדול בהרבה הוא למצוא את הדרך להבין את המחשבות עצמן הקשורות לתמונה הזאת. לגלאנט אין דרך לדעת, למשל, מה חשבתי בזמן ששכבתי בסורק. זה מכיוון שמחשבות, בשונה מתמונות, אין מוקלטות באופן מסודר בחלקו האחורי של המוח.

אז היכן הן מוקלטות? טום מיטשל, מדען מחשבים באוניברסיטת קרנגי מלון, יחד עם עמיתו מרסל ג'אסט, משתמשים ב-fMRI וזיהוי תבניות מולטי-ווקסל כדי לענות על השאלה הזאת. מיטשל מאמין שעל ידי מיפוי תגובת המוח לתמונות, מילים ורגשות, המעבדה שלו תוכל לפענח מחשבות, לא רק תמונות, בתוך עשר שנים.

כדי לאתר בדיוק היכן חיות המחשבות במוח, הוא הכניס מתנדבים, במהלך מחקר שבוצע לאחרונה למכונת fMRI, הראה להם שני חפצים – פטיש ובית, לדוגמה – והשתמש בתוכנה כדי לנתח תבניות ווקסלים שהיפעילו חלקים שונים במוח, ובסופו של דבר קבע על איזה אובייקט חשב נושא המחקר. כמו גלאנט, יכול מיטשל לעשות את זה בדיוק של 90 אחוז. "כשאתה חושב על פטיש אתה חושב על כל האספקטים שלו. אתה יכול לחשוב על להניף אותו, מחשבה שהייתה יורה תאי עצב בקליפה המוטורית", הוא אומר. "אתה יכול לחשוב על איך שהוא נראה, שמפעיל את קליפת הראייה". הצוות שלו גם אסף נתוני fMRI מאזור האמיגדלה (מרכז חושי במרכז המוח) ומקליפת המוח הקדמית – אזורים שקשורים לרגשות כמו כעס ואהבה – כדי למפות את תבניות המוח שנוצרות כשאנשים שומעים מילים כמו "אהבה", "צדק" ו"חרדה".

יוקיאסו קאמיטני, מדען מוח חישובי במכון הבינלאומי לטלקומוניקציה מתקדמת ביפן, מאמין שהוא יכול לקחת את הטכנולוגיה רחוק יותר ולפענח חלומות. בקיץ הקרוב, הוא מתכנן להרדים אנשים ב-fMRI כדי לקרוא את אותות המוח שלהם וכמו גלאנט, לשחזר אותן.

בינתיים, מנסים גלאנט ונישימוטו לשחזר סרטים המאוחסנים במוח. אחרי שסיימתי את סריקות ה-fMRI שלי, הראה לי גלאנט וידאו קליפ על המחשב שהציג דובים פסיכודליים מעופפים לפני הרים. כל כמה שניות, התקרב דוב חדש לחזית ואז צף כמו כדור שנזרק לאוויר. מידי פעם חלפה קובייה צבעונית על פני הדובים. רק מלהסתכל על הסרט קיבלתי סחרחורת. "זהו סרט משופר-תנועה", אומר גלאנט בהתרגשות. "זה גורם למערכת הראייה שלך להשתגע לחלוטין, כך שמקבלים הרבה זרימת דם ואותות".

נישימוטו, "מומחה התנועה" המקומי של המעבדה, יכול לשחזר מסריקות מוח את הצבעים, המיקום והתנועה של הדובים האלה, ומייצר רפרודוקציות של צילומי וידאו מקוריים. בניסוי דומה, הוא ביקש ממתנדב לצפות בשעתיים של קדימונים לסרטים בתוך מכונת fMRI. אז, התאים המחשב בין תבניות המוח של נושא המחקר לבין צבעים וצורות נעות בסרט. כדי לבנות את ספריית עיון האסוציאציות של מודל הממוחשב – וכדי לצייד אותו בנתונים – הזינו החוקרים אלפי שעות של סרטוני וידאו מיוטיוב וביקשו מהמודל לנבא כיצד מוחו של אדם יגיב לצפייה בהם. לאחר מכן, כשנושא המחקר צפה בסדרה חדשה של סרטונים, היה המחשב מסוגל להתאים את תבניות המוח החדשות לתמונות בספרייה שלו כדי להרכיב רפרודוקציה של הווידאו קליפ המקורי. הסרטון המשוחזר לכד את הזרימה הכללית של התנועה, כמו גם צורות וצבעים, על אף שהוא פספס פרטים קטנים כמו תווי פנים. הרזולוציה תשתפר, אומרים החוקרים, כשנתונים נוספים יוספו למודל המחשב. "בכל פעם שאני אומר למישהו שאנחנו יכולים לעשות את זה", אומר גלאנט, "הם אומרים שאין סיכוי".

כשאני חושבת על קן החולדות של הקווים שנוצרו מקריאות ה-fMRI שלי – כל אלה מהסתכלות על תמונה פשוטה בשחור-לבן – קצת מצמרר לחשוב שאפשר לצמצם בדרך הזאת את התהליכים המחשבתיים שלנו לקוד בינארי. אבל אז, גם הרעיון של קופסה שחורה של תאי עצב השולטת בכל מה שאנחנו עושים וחושבים הוא מצמרר. "זה הכול מספרים", אומר גלאנט. "הטריק הוא לבצע הנהלת חשבונות מסודרת".

ליסה קטיאמה היא כתבת פרילנסרית שחיה בסן פרנסיסקו. זהו המאמר הראשון שלה בפופיולר סיינס.