מהפכת המוח הנח

המוח צורך כמות עצומה של אנרגיה — כעשרים אחוז מסך האנרגיה של הגוף. אתי בן-סימון ומיכל גרוברגר, המרכז לתפקודי המוח אוניברסיטת ת”א והמרכז הרפואי ת”א, חקרו ומצאו מה קורה במוח בעת המנוחה

המוח צורך כמות עצומה של אנרגיה — כעשרים אחוז מסך האנרגיה של הגוף. שיטות עדכניות של דימות תפקודי מעידות כי רק אחוזים בודדים מתקציב האנרגיה העצום הזה משתתפים בביצוע מטלות ספציפיות. מה עושה המוח עם כל האנרגיה הנותרת? מהי אותה “אנרגיה אפלה” של המוח? ברוכים הבאים לתחום החדש של חקר מצבי המנוחה של המוח.

באמצע שנות החמישים של המאה הקודמת לואיס סוקולוב ( Sokoloff ) חיבר סטודנט קולג’ צעיר למכשיר הבודק צריכת חמצן במוח. הרופא האמריקני נתן לנבדק שלו לנוח ולאחר מכן נתן לו לפתור תרגילים מתמטיים מורכבים. סוקולוב ציפה לצריכת חמצן גבוהה יותר בזמן הפעילות המתמטית, והופתע כשלא היה הבדל של ממש בין פעילות המוח במנוחה לזו שבזמן מטלה מורכבת. בדיעבד אפשר לומר שהיה זה כנראה מחקר המנוחה הראשון במדעי המוח. כיום ממצאים רבים מעידים על כך שפעילות המוח גבוהה באופן תמידי גם אם אין לנו מטלה מסוימת לביצוע, ושצריכת האנרגיה של המוח גבוהה בקביעות.

המוח משתמש ב- 20% מסך צריכת החמצן שלנו, צריכה ממוצעת התקפה גם למצבי פעילות קוגניטיבית וגם למצבי מנחה (אף על פי שהוא שוקל רק כ- 2% ממשקל הגוף). היום ידוע כי מרבית האנרגיה הזו מנוצלת לשיחות פנימיות של רשתות המוח השונות עם עצמן, גם כאשר אנחנו נחים ולא עושים דבר למראית עין. לממצא מסקרן זה הובילו שתי תגליות חשובות בחקר המוח שהתמזגו באורח פלא בעשור האחרון. במאמר זה ננסה לסקור את התגליות הללו ואת משמעותן לגבי פעילות המוח.

התגלית הראשונה: רשת ברירת המחדל

ממצאים חדשים בחקר המוח מצביעים על קיום רשת של אזורים שמגיבה בעיקר למצבי הרהור ומנוחה. רשת זו זכתה לשם רשת ברירת המחדל (The Default Network ) שכן היא פעילה כברירת מחדל כאשר המוח אינו נדרש לעשות שום פעולה אחרת. רשת זו פעילה תמידית ברקע של כל פעילות שאנו עושים ויש מחקרים המצביעים על הקשר שלה לתפישׂה של העצמי, שכן גם תפישת העצמי אינה נחה לרגע.

כאשר החלו מחקרים בדימות (Imaging) תפקודי של המוח, למשל באמצעות PET ו- fMRI )ראו הסבר על שיטות אלו בנספח א’ בסוף המאמר(, התמקדו רובם בפעילות המוח בעת ביצוע מטלות. ההשערה שקידמה סוג מחקר זה הייתה שללא מטלה ספציפית, פעילות המוח תהיה אקראית ומפוזרת ממש כמו רעש לבן (ה”שלג” כשהטלוויזיה שלנו אינה מכוונת). שיטה זו הניבה פירות רבים ובזכותה אנו יודעים למפות הרבה מתפקודי המוח על פני אזורים ספציפיים או רשתות ייעודיות, כמו למשל חלקי המוח הפעילים בראייה,בשמיעה, בפענוח שפה ועוד. כמו שניתן להתרשם מתמונה מס’ 1:

בשיטה זו “מקליטים” את פעילות המוח בזמן משימה (למשל צפייה ברשימת מילים) ולאחר מכן “מקליטים” את פעילות המוח בזמן מנוחה (למשל כשבוהים בנקודה על הצג). כדי לראות את פעילות המוח בזמן המשימה בלבד, וכדי שנוכל לסנן את “הרעש הלבן” שהנחנו שקיים בפעילות המוח, אנו מפחיתים את תמונת המנוחה מתמונת המשימה. בדרך זו אנו רואים אילו אזורים היו פעילים, או באילו אזורים פחתה הפעילות, בזמן המטלה. דוגמה לשיטה זו ניתן לראות בתמונה מס’ 2:

שיטה זו ייצגה השקפה רחבה יותר על פעילות המוח. בבסיס השקפה זו עמד הרעיון שהמוח, בדומה למחשב, מגיב בעיקר לפעילות הסביבה עליו וכל עוד לא “נבקש” ממנו לבצע מטלה מסוימת, כמו לפתוח מסמך ווֹרד או לשלוח דוא”ל, הוא יהיה במעין מצב המתנה ולא נראה בו שום פעילות מיוחדת או מאורגנת. אך כל זה עמד להשתנות בתחילת שנות האלפיים.
בשנת 2001 קבוצת חוקרים בראשות פרופ’ מרקוס רייקל ( (Raichleמאוניברסיטת וושינגטון, פרסמה בעיתון המדעי PNAS מאמר שבו ציינה את קיומה של רשת אזורים במוח שמראה דווקא ירידה בפעילות העצבית, ולא עלייה,בזמן ביצוע מגוון רחב של משימות. רשת זו מגיבה בעקביות בירידה בפעילות, בלא תלות בסוג המטלה הניתנת לנבדקים, בין אם מדובר בצפייה במילים, בשינון רשימת עצמים ובין אם במטלה אחרת. אם יורדת רמת הפעילות העצבית ברשת זו בזמן מטלה, משמע שבזמן מנוחה (היעדר מטלה) היא פועלת במרץ! החוקרים כינו רשת זו רשת ברירת המחדל שכן הם הסיקו שזו פעילות ברירת המחדל של המוח ברגע שאנו לא נותנים לו משימה מוגדרת אלא “מניחים אותו לנפשו”. מעניין לציין שברגע שהרשת זכתה לשם, חוקרים רבים בתחום הדימות התפקודי של המוח ציינו שגם הם ראו ירידה בפעילות האזורים הללו בזמן ביצוע מטלות, אך לא ייחסו לכך חשיבות. פירוט של אזורי רשת ברירת המחדל ניתן לראות בתמונה מס’ 3:

צוות החוקרים מוושינגטון בראשות רייקל תהה: מדוע יש לנו רשת עצבית שנראה כי תפקידה הוא לפעול בזמן מנוחה? מה שהוביל לשאלה גדולה אפילו יותר: מה בעצם עושה המוח כשאנו שובתים מפעולה?

אנו מזמינות אתכם לחשוב לרגע: מה קורה בדרך כלל כשאתם לא עסוקים במשהו מסוים? התשובה פשוטה מאוד: אתם חושבים, אולי מהרהרים על חייכם, על הפעילויות שאתם רוצים לבצע או על החוויות שעברתם אתמול. חשיבה מסוג זה מוגדרת כחשיבה ספונטנית, כזו שאינה קשורה בהכרח לסביבה. תופעה זו היא חלק כה ברור ומהותי מחיינו עד שאנו נוטים לקבל אותה כמובנת מאליה. אנשים שמסיבות כאלה ואחרות, למשל פגיעה נוירולוגית כשבץ, איבדו לתקופה קצרה את היכולת לנהל את מחשבותיהם (או במילים אחרות — את זרם התודעה שלהם) מדווחים על חוויה מוזרה מאוד של ניתוק, חוסר חיבור לעצמם. קשה כל כך להפסיק “לזרום” עם המחשבות, שאפילו עצירת הנשימה נראית מטלה קלה יותר לביצוע!
חשיבה ספונטנית: “תגלית של יבשת חדשה”

חשיבה ספונטנית (באנגלית: mind-wandering/stimulus independent thought ) מוגדרת כהרהור שאינו קשור בהכרח לגירויים מבחוץ. אפשר להביא דוגמה מוכרת מנהיגה הביתה שבה אנו מהרהרים, תפושי שרעפים, ולפתע מוצאים את עצמנו ליד הבית. סוג כזה של מעין חלימה בהקיץ הוא בעצם הפנייה של הקשב שלנו אל עולמנו הפנימי כאשר בעולם החיצוני אנחנו עוברים למעין מצב אוטומטי. פעילות מוכרת שאינה מצריכה ריכוז תוביל בדרך כלל לחשיבה ספונטנית, כמו גם המקרים הברורים שבהם אין כלל מטלה לביצוע.

ואכן אלו המקרים הקלאסיים שבהם אנו רואים את פעילותה של רשת ברירת המחדל. הפעילות מתרחשת בין אם הנבדקים במנוחה, זורמים עם מחשבותיהם, ובין אם אנו מבקשים מהם לבצע מטלה שמוכרת להם. מחקרים מצביעים אפילו על קשר ישיר בין פעילות רשת ברירת המחדל והקלות שבה אפשר לבצע את המשימה (ובעצם לברוח להרהורים): ככל שהמשימה קלה יותר כך תהיה יותר פעילות ברשת. חשיבה ספונטנית היא נושא שאינו קל למחקר מדעי מכיוון שמעצם טבעה היא סובייקטיבית מאוד ולפיכך קשה למדידה חיצונית. על-ידי שימוש בשאלונים ודיווחים של נבדקים אפשר לכמֵת עד כמה הנבדקים היו “בעולם משלהם” ודיווחים אלו אכן מצביעים על קשר הדוק לפעילות רשת ברירת המחדל. חקירת רשת ברירת המחדל והקשר שלה לחשיבה ספונטנית הובילו בשנים האחרונות למחקרי מוח רבים ברחבי העולם, שבהם נחקר זרם התודעה של הנבדקים במצבי מנוחה.

מפתיע לגלות איך נושא מוכר ומהותי כל כך בחיינו לא קיבל תשומת לב מחקרית ראויה עד גילויה של הרשת. מאז פרסום המאמר והתיוג של הרשת כרשת ברירת המחדל מחקרים רבים שנערכו בשיטות דימות שונות ביססו את מעמדה וכיום היא נחשבת לאחת הרשתות התפקודיות המוכּרות במוח ממש כמו רשת הקשב (שקשורה ליכולת לשים לב) או הרשת המוטורית (שקשורה לתכנון התנועה ולבקרתה). ממחקרים התברר קיומה של רשת זו גם בחיות, עובדה המעידה על כך שזו רשת תפקודית בעלת משמעות אבולוציונית, שאינה בהכרח ייחודית לאדם. במחקרים שנערכו בחולים הלוקים בהפרעות מנטליות (כמו אלצהיימר, סכיזופרניה או אוטיזם) התגלו הבדלים בין חולים ובין בריאים במידה שבה חלקים שונים של רשת זו מתקשרים זה עם זה, עדות לחשיבות פעילותה של הרשת לחיים מנטליים תקינים. במחקרים שנעשו בילדים התברר כי רשת ברירת המחדל לא מסיימת את התפתחותה בגילאים צעירים, עובדה שעשויה לרמוז על חשיבות החוויה בעיצוב הקישוריות של הרשת. ג’וליו טונוני (Tononi), אחד מחוקרי המוח המובילים בעולם, תיאר את הגילוי של רשת תפקודית חדשה בשלב כה מתקדם של חקר המוח כ”תגלית של יבשת חדשה”. אם יש רשת של אזורים שעובדים יחד במנוחה, ואשר נשמרה באבולוציה − מה היא עושה בדיוק?

קיימות היום כמה תיאוריות בדבר תפקידה של רשת ברירת המחדל. תיאוריה ראשונה קשורה לחשיבה ספונטנית ומציעה שהרשת פועלת כמעין סימולטור (מדמֶה), מבצעת הדמיה של החיים, כך שהיא משתמשת בזיכרונות העבר ובהרהורי העצמי כדי לבצע הדמיה של החיים וכדי לייצר תובנות חדשות על העולם. תיאוריה זו מתאימה להפליא לחלקיה השונים של הרשת. רשת ברירת המחדל כוללת אזורים נרחבים באזור הקו האמצעי (midline) של המוח, אזור שחוצץ בין שתי מחציות המוח הגדול, ההמיספרות. האזור הקדמי בקו האמצע של המוח (medial pre frontal cortex ) ידוע כאזור שפעיל בהערכה של גירויים מפרספקטיבה אישית (למשל האם תמונה זו נעימה לי או לא?) כמו גם במשימות שקשורות לחשיבה על העצמי: לדוגמה, חשיבה על תכונות אופי המתאימות לתפישת העצמי שלי, כמו האם אני טיפוס אחראי. אזורים באונת הקדקוד ובאונת הצדע של הרשת קשורים לשליפה של זיכרונות, ובעיקר ההיפּוֹקַמפּוּס, שפעיל בזמן שליפה של זיכרונות חדשים או יצירתם. שני אזורים אלו פעילים יחד במנגנון החלימה בהקיץ, כאשר האזורים הקדקודיים-צדעיים מספקים זיכרונות מהעבר ואזורי האמצע מעריכים ובוחנים אירועים אלו מנקודת מבט אישית. הרחבה של תיאוריה זו מציעה שתפקיד רשת ברירת המחדל לסנן אילו זיכרונות לשמר ואילו לא על-ידי הערכת הרלוונטיות שלהם לעצמי.

תיאוריה שנייה קשורה לתפקידה של רשת ברירת המחדל בקשב פנימי. קשב פנימי מתייחס לפעילות מנטלית שבה האדם אינו קשוב לסביבתו אלא לעולמו הפנימי. לעומתו, קשב חיצוני מופנה כלפי הסביבה ובעזרתו אנו שמים לב למאורעות חיצוניים. לדוגמה, צפייה בסרט תוגדר כפעילות המצריכה קשב חיצוני לעומת חלימה בהקיץ שהיא פעילות מובהקת של קשב פנימי. ממחקרי דימות של המוח התברר כי ישנה החלפה ספונטנית בין פעילות ברשת ברירת המחדל, המייצגת כאמור את פעילות הקשב הפנימי, לפעילות ברשת של קשב חיצוני בזמן שהנבדקים במנוחה. לאמור, שהמִתאם בין פעילות רשת ברירת המחדל לפעילות רשת הקשב החיצוני הוא שלילי, כך שכשאחת עולה השנייה יורדת ולהפך. עובדה זו הובילה חוקרים לשער שהמוח בודק כל העת את מצב הסביבה הפנימית בעזרת רשת ברירת מחדל ואת החיצונית בעזרת רשת הקשב החיצוני, ושבדיקות אלו נעשות ספונטנית ואוטומטית.

תיאוריה זו כבר הובילה למחשבות על קיומה של רשת שלישית שתפקידה לאזן או לכוון את הפעילות בין שתי רשתות הקשב. אפשר לחשוב בקלות על מצבים שבהם איזון זה מופר ואנחנו נוטים יותר מדי לקשב פנימי או חיצוני. דוגמה מוכּרת היא נטייה גוברת לקשב חיצוני במקרים של הפרעת קשב וריכוז, שבה נצַפּה לפחות פעילות ברשת הקשב הפנימי, היא רשת ברירת המחדל. במחקרים שנעשו באנשים הלוקים בהפרעת קשב וריכוז אכן נתגלתה קישוריות נמוכה יותר ברשת שלהם לעומת הקישוריות שלה באנשים בריאים. יש צורך במחקרי מנוחה נוספים בשיטות דימות שונות כדי להחליט על אודות תפקידה הראשוני של הרשת ועל אודות חשיבותה לקיום תקין של תפישׂת העצמי. ייתכן שפעילות רשת ברירת המחדל היא מגוונת, כך שכל התיאוריות מייצגות נאמנה את תפקידיה השונים, ומודל עתידי יוכל לשלב את כולן להסבר מקיף ומספק על חשיבותה ופעילותה של רשת זו.

התגלית השנייה: “מזימות” המוח בזמן מנוחה

גילויה של רשת ברירת המחדל והתעמקות בחקר המוח בזמן מנוחה הובילה כאמור לשאלה המסקרנת: מה בעצם עושה המוח כשאיננו מעמידים בפניו מטלה? שאלה זו הולידה תחום מחקר חדש ומעניין, חקר רשתות המנוחה של המוח (resting state networks). מתברר שרשת ברירת המחדל היא רק אחת מכמה רשתות תפקודיות של המוח שמציגות פעילות ספונטנית בזמן מנוחה. כשבחנו את המוח חסר המשימה ראו שאות ה- BOLD המתקבל ממכשיר ה- fMRI משתנה ספונטנית גם אם הנבדקים שוכבים כשעיניהם עצומות והם אינם מבצעים שום מטלה. שינויים אלו אטיים יחסית, בערך מחזור אחד בעשר שניות, והם פועלים בסנכרון בין אזורים מוחיים שקשורים באופן תפקודי. למשל, אם נתמקד באות מוחי שמשתנה באופן ספונטני (כל האותות המוחיים משתנים ספונטנית בזמן מנוחה ואין צורך לחפש אות מסוים) באזור מוטורי מסוים בקדמת המוח ונבדוק אילו אזורים נוספים במוח משתנים באותו אופן, אזי נזהה את כל הרשת המוטורית במוח: במילים אחרות, את כל האזורים שקשורים לביצוע או לתכנון תנועה. שיטת מחקר זו נקראת קישוריות תפקודית (functional connectivity) , ופרטים נוספים עליה תוכלו לקרוא בנספח ב’ בסוף המאמר. בשיטה זו נבדקו כל הרשתות התפקודיות המוכּרות במוח והתברר כי כולן מקושרות ביניהן בזמן מנוחה (כולל רשת ברירת המחדל) כפי שניתן לראות בתמונה מס’ 4:

פירוש הדבר הוא כי האזורים המוחיים המרכיבים כל אחת מרשתות אלה משוחחים בינם לבין עצמם באופן תמידי וספונטני בלא שום מטלה. חשוב להדגיש שאף שמדובר בפעילות ספונטנית, יש תיאום בין הרשתות השונות במוח. מכאן אפשר להבין כי מה חשבנו הוא רעש אקראי אינו באמת אקראי, אלא משקף חיווט פונקציונלי של רשתות המוח השונות. מדוע המוח משמֵר פעילות כה מאורגנת וחיונית בזמן מנוחה?
שאלה זו עדיין נחקרת אך ממצאים ממחקרים בחיות מעלים כמה אפשרויות מעניינות לתפקיד של הפעילות הספונטנית במוח. נציין שני מחקרים בולטים שעשויים לרמוז על תפקידים אלו. במחקר משנת 2006 שפורסם בשבועון המדע Nature נבדקה פעילות של תאים בהיפוקמפוס (האזור האחראי, כאמור, לרישום זיכרונות) של עכברים בזמן שהם למדו לנווט במבוך. החוקרים המשיכו להקליט את פעילות הנוירונים גם כאשר העכברים נחו, ולמראית עין לא עשו שום פעילות. החוקרים הראו כי בזמן המנוחה תאי ההיפוקמפוס של העכברים המשיכו לירות בסדר הפוך את רצף הלמידה שלמדו העכברים כמה דקות קודם לכן במבוך. פירוש הדבר הוא שבזמן מנוחה עזרה פעילות התאים לשמר את הידע שנלמד קודם. מחקר זה מרמז על חשיבות אפשרית של פעילות ספונטנית בזמן מנוחה לתהליכים של למידה. תגלית שמתיישבת היטב עם התפישה הרווחת שרצוי לקחת זמן מנוחה ממטלה תובענית כדי לתת ל”חומר לשקוע”.

אפשרות נוספת לתפקיד פעילות הספונטנית במוח מגיעה ממחקר שנערך במכון ויצמן למדע ושפורסם בשבועו המדע Science בשנת 1996 . במחקר זה חקרו פרופ’ עמוס אריאלי ועמיתיו את פעילות האזור הראייתי במוח של חתולים. עובדה ידועה במחקרי דימות של המוח היא שהתגובה לגירוי מסוים (למשל התגובה באזור הראייתי של המוח לתמונה של פסים) תניב תוצאה מעט שונה בכל הצגה של הגירוי. כדי לראות את הפעילות האופיינית לגירוי יש צורך למצֵעַ מספר רב של תגובות מאותו אזור מסוים במוח. אריאלי ועמיתיו הראו שההסבר לשוֹנוּת בתגובות המוח נובעת מהפעילות הספונטנית של המוח שקדמה לזמן הופעת הגירוי. הם הראו שאם מביאים בחשבון את פעילות המוח לפני הופעת הגירוי אפשר לנבא במדויק איך יגיב המוח לגירוי בלי צורך במיצוע של כמה גירויים. המשמעות של מחקר זה היא שהפעילות הספונטנית במוח עשויה להשפיע ואף לנבא מה תהיה התגובה שלנו לגירויים בעולם.

אם נלך עם ההשערה הזו צעד זהיר אחד קדימה, נוכל להניח כי הפעילות הספונטנית עשויה אף לקבוע את כלל ההתנהגות שלנו כאשר אנו מתמודדים עם גירויים מהסביבה ולקבוע מדוע נגיב אחרת בפעמים שונות כאשר הסביבה תציג לנו אתגרים דומים. אפשר לחשוב על זה מעט כמו “מצב הרוח של המוח” המשפיע על תגובותינו לסביבה. מחקר זה מציע לנו להתחשב בפעילות הספונטנית במוח כשאנו מנסים לצפות את פעילות המוח ולא לאבד את המידע יקר הערך הזה על-ידי סינונו כרעש.
ארגון תפקודי של פעילות ספונטנית במוח נמצא בבני אדם ובחיות גם תחת הרדמה ואפילו במצבים וגֶטָטיביים (מצבי “צמח”), מה שמרמז על ארגון בסיסי וחיוני מאוד בפעילות המוח שהתגלה לנו בזכות תחום המחקר החדש של מצבי המנוחה. מכיוון שאפשר לבחון את פעילות המוח ואת הקישוריות התפקודית שלו בעת מנוחה ללא דרישה לביצוע מטלות, אנו יכולים לחקור את פעילות המוח בלא צורך בשיתוף פעולה כלשהו מצד החולים, וכך אפשר לבדוק את קישוריות המוח אפילו במצבי חוסר הכרה (תרדמת).

סיכום
פעילות המוח בזמן מנוחה מאורגנת גם בזמן )כפעילות מתואמת בין רשתות המוח( וגם במרחב )בקיומה של רשת ברירת המחדל(. יש פעילות מתואמת היטב בין הרשתות התפקודיות של המוח גם ללא מטלה מסוימת לביצוע. ארגון זה בפעילות המוח קיים אפילו בלי מודעוּת, שכן כמו שנוכחנו נמצאו שינויים ספונטניים באות ה- BOLD בדימות מגנטי- תפקודי גם במצבי הרדמה. הרשת שהובילה לתגלית מעניינת זו היא רשת ברירת המחדל. רשת זו פעילה כשאנו חולמים בהקיץ ופעילותה יורדת כשאנו צריכים לבצע משימה מסוימת. רשת ברירת המחדל וחקר פעילות המוח במנוחה מאפשרים לנו להציץ לפעילות הסודית של המוח, לשיחות התמידיות שהמוח מקיים בינו לבין עצמו. ההשפעות של פעילות ספונטנית זו על אופן תפקודנו בעולם, ואפילו על איך אנחנו מי שאנחנו, הן שאלות מרתקות לתחום חקר המוח בשנים הקרובות.
תודות:
ברצוננו להודות לפרופ’ תלמה הנדלר ולד”ר אברהם צנגן על תמיכתם ולניר להב על הערותיו המועילות.
אתי בן סימון ומיכל גרוברגר הן דוקטורנטיות במרכז לתפקודי המוח במרכז הרפואי תל-אביב ובאוניברסיטת תל-אביב.
לקריאה נוספת:
• Michael D. Fox & Marcus E. Raichle, Spontaneous fluctuations in brain activity observed with functional magnetic resonance imaging, Nature Review Neuroscience 8, September 2007.
• Marcus E. Raichle, The Brain’s Dark Energy, Science 24, November 2006.
• Marcus E. Raichle, Two views of brain function, Trends in Cognitive Sciences 14, April 2010.
• Malia F. Mason et al, Wandering Minds: The Default Network and Stimulus-Independent Thought, Science 19, January 2007.

נספח א’: דימות תפקודי בתהודה מגנטית (fMRI) BOLD, וטומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET)
מכשיר הטומוגרפיה באמצעות פליטת פוזיטרונים (PET) ומכשיר הדימות התפקודי באמצעות תהודה מגנטית
(fMRI), הם שני מכשירים שונים המשמשים לדימות תפקודי של המוח, כלומר, לדימות המוח בזמן פעילות (בניגוד ל- MRI המאפשר לבחון רק את מבנה המוח). בדימות PET משתמשים באיזוטופים רדיואקטיביים כמו חמצן 15 , שהנבדקים נושמים או שותים (למשל מים שמכילים חמצן רדיואקטיבי). מכיוון שאטום רדיואקטיבי אינו יציב הוא מתפרק — ובמקרה זה מדובר בהתפרקות ביתא — תוך כדי פליטת פוזיטרונים. הקרינה נקלטת בחיישנים המקיפים את הנבדק. מזווית הפליטה אפשר לדעת היכן היה החמצן הרדיואקטיבי. בשיטה זו אפשר לדעת מה היתה צריכת החמצן או הגלוקוז של המוח באזורים שונים ומכאן לחשב את פעילות המוח באותו אזור. ב- Functional MRI נבדק השינוי בזרימה של דם מחומצן במוח. בזמן פעילות עצבית באזור מסוים במוח יש דרישה ליותר חמצן ולפיכך עלייה בכמות הדם המחומצן באזור הפעיל. MRI משתמש בשדה מגנטי חזק ובשידור בתדר רדיו כדי לזהות את כמות הדם המחומצן. מכיוון שמולקולת ההמוגלובין בתאי הדם האדומים מכילה ברזל היא ניתנת לזיהוי בתוך השדה המגנטי. ההבדל בין דם מחומצן ללא מחומצן מתאפשר מכיוון שנוכחות החמצן משנה את התכונות המגנטיות. הנבדקים נמצאים בסביבה של שדה מגנטי חזק שמאפשר לנו לזהות את השינויים הללו וכך לחשב את כמות הדם המחומצן באזור מסוים במוח. האות שמתקבל מדימות תפקודי של המוח נקרא Blood Oxygen Level Dependant (( BOLD ומציג את השינויים בזרימת דם מחומצן לאזורים שונים במוח.

נספח ב’: קישוריות תפקודית

הקושי בחקר המוח במנוחה הוא שאין מטלה לביצוע. אנו נוהגים להפחית את תמונת המטלה מתמונת המנוחה
(baseline) כדי לראות את פעילות המוח הספציפית בזמן המטלה. כשמעוניינים בחקר תנאי המנוחה אין לנו תמונת מנוחה להשוות עמה. כדי לבדוק את פעילות המוח בזמן מנוחה (ובעצם בהיעדר מטלה) אנו זקוקים לשיטות מחקר חדשות. שיטת ההפחתה שתוארה במאמר אינה מתאימה לחקר פעילות ספונטנית בזמן מנוחה, משום שבשיטה זו מסננים את פעילות המנוחה על-ידי הפחתתה מתמונת המשימה (ראו תיאו לעיל). אחת השיטות המקובלות לחקר פעילות המוח בזמן מנוחה נקראת קישוריות תפקודית (functional connectivity). בשיטה זו בוחרים אזור מסוים במוח (למשל האזור המסומן בצהוב באיור מטה) ומפיקים ממנו אות BOLD . בשלב הבא נבדקים כל שאר אזורי המוח, לבחון אילו מהם מציגים אות דומה. ההנחה היא שאזורים העובדים יחד יציגו אות דומה, ולכן האזורים שנמצא יהיו שייכים לרשת התפקודית שממנה נלקח האזור הראשוני. לדוגמה, אם האות הראשוני התקבל מאזור השייך לרשת הקשב, שיטת הקישוריות התפקודית תאפשר לנו לזהות את כל רשת הקשב במוח מבדיקת האות באזור אחד של הרשת. בדרך זו אפשר לקבל מיפוי של כל הרשתות התפקודיות במוח בזמן מנוחה.