באמצעות שיטות דימות אופטיות שפיתח הגיע פרופ' עמירם גרינולד ממכון ויצמן למסקנה שתפישת התמונה במוח אינה עיבוד טהור של קלט מחוש הראייה, אלא חיבור עם מה שנמצא שם קודם – הקשרים וזיכרונות
מרית סלוין, הארץ, וואלה!
אולם ההרצאות היה מלא מפה לפה. שלושה חוקרי מוח נשאו בו את הרצאתם, לאחר שערב קודם זכו והתחלקו בפרס "דן דוד" בסך מיליון דולר, המוענק מדי שנה באוניברסיטת תל אביב. בין השלושה היה פרופ' עמירם גרינולד ממכון ויצמן – הישראלי הראשון שזכה עד כה בפרס. הפרס הוענק לו על פיתוח טכנולוגיות דימות המרחיבות את הבנת תפקודי המוח.
הקושי העיקרי בחקר המוח הוא מורכבותו. כל אחד מטריליון תאי העצב במוח יכול ליצור מגע עם כ-10,000 תאי עצב אחרים, וכל אחד מאלה יכול להתקשר עם עוד 10,000 תאים, וכן הלאה. מספר עצום זה של אפשרויות תקשורת מקשה במיפוי רשתות התקשורת העצבית במוח ובמעקב אחר עיבוד המידע המגיע אליו.
כל טכנולוגיה חדשה שהופיעה גרמה לקפיצת מדרגה בהבנת המוח. "כמה טכנולוגיות איפשרו לחקור את הפעילויות של תא עצב בודד וגרמו מהפך בהבנת המוח", אומר גרינולד. "אבל כדי להבין מה וכיצד מבצעת רשת עצבית, יש צורך באמצעי דימות שידגימו פעילות של קבוצות תאים".
גרינולד היה הראשון שפיתח, ב-1986, את שיטת הדימות האופטית הלא פולשנית. העיקרון: בשעה שתאי המוח עובדים, הם צורכים חמצן באמצעות כלי הדם שסביבם. ההמוגלובין שבדם מעביר אליהם את החמצן, ובהיותו משולל חמצן הוא משנה את צבע הדם. ההבדלים בצבע הדם מצביעים על מיקום הפעילות העצבית במוח. על סמך גישה זו פותחו בהמשך אמצעי הדימות המשמשים כיום ככלי אבחון רפואי.
בשיטה אחרת שפיתח גרינולד, בעזרת הכימאית רינה הילדסהיים, מחדירים למוח צבעים פלורוסצנטיים, הנצמדים לקרומיות תאי העצב. כאשר תאי העצב מתקשרים אלה עם אלה, הפוטנציאל החשמלי של הקרומיות משתנה, ועמו משתנה גם הצבע הפלורוסצנטי. שינויי הצבע נקלטים במצלמה רגישה ומאפשרים לאתר קבוצות תאים המופעלות כאשר מועבר מסר עצבי.
שתי השיטות מאפשרות הצצה אל מיליוני תאים בו בזמן ואיתור קבוצות התאים הפעילות בזמן אמת, והן מספקות כושר הפרדה העולה פי 100 על זה המתקבל באמצעות fMRI (דימות מגנטי פונקציונלי). באמצעות שתי השיטות חוקר גרינולד את מערכת החושים, בעיקר את חוש הראייה. "מערכת הראייה היא המערכת החושית המסובכת ביותר. המידע החזותי קשה מאוד לפענוח ולתפישה ולכך מוקדשת כמעט מחצית משטח קליפת המוח", אומר גרינולד. "אנחנו רואים אובייקטים בזמנים ובמקומות שונים. תפקידה של קליפת המוח לעבד את האותות מהחושים לתבניות של פעילות חשמלית, הפועלות בזמן ובמרחב. כשזה קורה, אנחנו יודעים מהו האובייקט".
איך מתארגנות הרשתות העצביות המשתתפות בפעולת הראייה? כאשר צופים בתמונה, העין מתרגמת את גלי האור לאותות חשמליים ואלה מועברים לאזור הראייה בקליפת המוח. שם נמצאות 36 תחנות המתמחות בעיבוד מידע חזותי. כבר ברשתית, לפני התחנה הראשונה, מפורקת התמונה לרכיבים המתורגמים לפעילות חשמלית. בתחנה הראשונה נעשית ההבחנה בין הרכיבים השונים – צבע, צורה ועומק. בסופו של דבר מתאחדים כל רכיבי הראייה לתבנית של פעילות חשמלית ויוצרים את תחושת התמונה התלת-ממדית.
"מתוך ים האותות המגיעים לתחנה הראשונה מתגבש מידע על הקווים המרכיבים את פרטי התמונה שבה הסתכלנו", אומר גרינולד. "זה המקום הראשון שבו רואים פעילות חשמלית הנוצרת בתגובה לקווים, הערוכים בזוויות שונות". בעזרת מערכת הדימות שפיתח, מצא החוקר שתאי העצב המגיבים לצורת האובייקט ערוכים במבנים דמויי-שבשבת. "כל שבשבת מייצגת יחידת עיבוד בסיסית, המספקת מידע על צורה שנקלטת מנקודה אחת ברשתית העין. מצאנו מבנים אחרים, הנוצרים על ידי קבוצות תאים אחרות, המטפלים בעיבוד עוד חלקים של המידע החזותי. כך נוצר מערך אדיר של מיקרו-מעבדים המכסים את כל שדה הראייה, מפרקים את התמונה למרכיביה השונים, מעבדים כל תכונה בנפרד, ולאחר מכן בונים את תפישת הראייה באזורים עילאיים במוח".
המערכת של גרינולד מאפשרת להבחין בפעילות של תאי עצב גם כשהם נמצאים מתחת לסף השיגור של האות העצבי. כשתא עצב מתקשר עם שכנו, הוא משגר לו אות בעוצמה מסוימת. כאשר עוצמת האות היא מתחת לסף מסוים, התא השכן לא יעביר את האות הלאה.
כלומר, מערכת הדימות רגישה גם לאותות תת-ספיים. יכולת זו הובילה לגילוי שעיבוד המידע החזותי במוח אינו נקודתי אלא מתפשט לאזורים רבים. "מצאנו שהמידע על מה שקורה בנקודה אחת על פני הרשתית זורם בקליפת המוח להמון נקודות ולאזורים שלכאורה לא אמורים להתייחס אליו. בנוסף, המוח מייצר פעילות תת-ספית ענפה של שליפת זיכרונות, מחשבות הצצות בכל רגע, ועוד. ואולם, להכרה מגיעים רק האותות העל-ספיים. בגלל פעילות זו של המוח איננו תופשים וחשים רק את התמונה הנופלת על הרשתית – אלא גם את ההקשרים הנלווים לה, הנובעים ממחשבות, מזיכרונות, ועוד. ואכן, הטכנולוגיה שלנו רואה שבאזורי המוח האחראים לראייה יש פעילות תת-ספית ענקית, המשפיעה על תגובת המוח לתמונה. תפישת התמונה, אם כך, היא לא עיבוד טהור של הקלט מהחושים, אלא חיבור עם מה שנמצא שם קודם. כך המוח בונה את סיפור התמונה על סמך ניסיון ומידע שצבר בעבר".
הבנת הדרך שבה עולמו הפנימי של המתבונן משפיע על פעילות מערכי התפקוד העצביים במוח עשויה להוליך להבנת ההשפעות של מחשבות ורגשות על ביצועיו השוטפים של המוח ולפתוח פתח להבנת תפקודי מוח מורכבים. גרינולד סבור כי דרוש לכך זמן רב, אולם כבר עתה מסייעת המערכת שפיתח למיפוי אזורים תפקודיים בעת עריכת ניתוחים להסרת גידולים במוח.
לדוגמה: הסרת גידול בקליפת המוח בסמוך לאזור המייצג את כף יד ימין. המנתח פותח את הגולגולת ורואה את הגידול. על סמך מפות אנטומיות הוא יודע היכן מיוצגת כף יד ימין במוח. אבל המפות האנטומיות משתנות מאדם לאדם, ואין אפשרות לדעת במדויק את גבולות המיקום של אזור מסוים, ומשום כך נשקפת סכנת פגיעה. בשיטה של גרינולד נוגעים, תוך כדי הניתוח, בכף יד ימין ומוצאים בדיוק את גבולות הייצוג שלה בקליפת המוח. כמה מרכזים רפואיים בעולם כבר משתמשים בשיטה זו.
ידען המוח
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~852068760~~~58&SiteName=hayadan
