כיצד המוח מקשר בין פריטים דומים?

מטרת המחקר שלנו הייתה להבין כיצד המוח מקשר בין דברים שונים. דמיינו שחבר שלכם מקבל כלב חדש. המוח שלכם לומד במהרה את הקשר החדש הזה בין החבר שלכם לכלב. בכל פעם שאתם רואים את הכלב, אתם יודעים שהוא שייך לחבר שלכם. אנו רצינו להבין כיצד תאי עצב במוח מאחסנים את הקשרים האלה. כפי שנסביר בהמשך, כשאתם מסתכלים על דברים שונים, חלק מתאי העצב במוח שלכם מופעלים. ההשׁערה שלנו הייתה שכשאתם לומדים לקשר בין החבר שלכם לבין הכלב שלו, אותם תאי העצב יופעלו גם כשמדובר בחבר שלכם וגם כשמדובר בכלב שלו.

כיצד אנו יכולים להקשיב לתאי עצב?

תאי עצב הם תאים מיוחדים במוח שלנו. ישנם מיליארדי תאי עצב במוח, והם אחראיים לכל הדברים שאנו חושבים ועושים. לדוגמה, בכל פעם שאתם מסתכלים על משהו, קבוצה של תאי עצב במוח שלכם מופעלת ומעבירה הודעות לתאי עצב אחרים לגבי הדבר שאתם מסתכלים עליו. לכן, אם אנו רוצים לדעת אם תא עצב הופעל על-ידי משהו (למשל, חבר שלכם או הכלב שלו), אנו צריכים להיות מסוגלים להקשיב להודעות האלה. כשתאי עצב מופעלים הם שולחים את ההודעות שלהם אחד לשני בצורה של אותות חשמליים קטנים. כדי להקשיב לתאי עצב, אנו צריכים להיות מסוגלים למדוד את הזרמים החשמליים הקטנים האלה. אפשר למדוד זרמים חשמליים באמצעות חוטים זעירים שנקראים אלקטרודות. לכל תא עצב יש קול קטן מאוד (הזרם החשמלי קטן מאוד). לכן, כדי להקשיב לתאי עצב פרטניים אנו צריכים לקרב את האלקטרודות שלנו ממש קרוב אליהם. משמעות הדבר היא שאנו צריכים להכניס את האלקטרודות לתוך המוח, קרוב לתאי העצב שאנו רוצים להקשיב להם.

כיצד אנו יכולים להכניס אלקטרודות למוח אנושי?

הכנסת אלקטרודות למוח אנושי אינה שגרתית. אולם במקרים מסוימים רופאים חייבים להכניס אלקטרודות למוחות של מטופלים כדי להקשיב לפעילות החשמלית במוח שלהם. לדוגמה, אצל מטופלים עם אפילפסיה, קבוצות של תאי עצב מתחילות לדבר זו עם זו באופן בלתי נורמלי, וההודעות שהן שולחות אחת לשנייה מתערבבות במשך כמה דקות. במקרים מסוימים, המטופלים מאבדים את הכרתם ונופלים על הרצפה. במצב הזה, רופאים לעיתים קרובות צריכים למצוא מהיכן מגיע ה“פטפוט” הבלתי נורמלי. במקרים קיצוניים של אפילפסיה, רופאים מכניסים אלקטרודות למוחותיהם של מטופלים כדי להקשיב ל“פטפוט” הזה. אזור אחד במוח שכמעט תמיד נחקר על-ידי אלקטרודות הוא ההיפוקמפוס. ההיפוקמפוס הוא מבנה שנמצא עמוק בתוך המוח, אשר נראה קצת כמו סוסון ים, והוא ממלא תפקיד חשוב בלמידה ובזיכרון.

מרבית המטופלים שאלקטרודות הוכנסו לתוך מוחותיהם לא מתנגדים להשתתפות בכמה ניסויים שאינם למטרת ריפוי המחלה שלהם, אלא מטרתם לסייע למדענים כמונו להבין כיצד המוח פועל. בניסוי טיפוסי, מטופלים יושבים במיטת בית החולים שלהם, או על כיסא באחד מחדרי בית החולים. האלקטרודות במוח שלהם מחוברות למחשבים שרושמים את הפעילות החשמלית בתאי העצב שלהם.

תאי עצב במוח מופעלים כשאנו מסתכלים על דברים

לפני שנראה לכם מה תאי עצב עושים כשאתם לומדים לקשר בין פריטים, חשוב ראשית להבין מה תאי עצב עושים כשאתם מסתכלים על משהו. כפי שאמרנו קודם, תאי עצב שונים מופעלים במצבים שונים. כיצד מדענים מבינים את התגובה של תאי העצב האלה? פשוט מאוד, אנו פשוט סופרים את כמות הפעמים שתא העצב מופעל. התגובה הזו של תא העצב ידועה כירי של ספייק, ונמדדת ביחידות של הרץ.

בניסויים מוקדמים, הראינו למטופלים תמונות על מסך מחשב. רצינו לראות אם תאי העצב הגיבו לאחת התמונות או יותר שהראינו למטופלים. שמונה מטופלים השתתפו בניסוי הראשון שלנו [2]. הראינו למטופלים כ-100 תמונות שונות של אנשים מפורסמים כמו השחקניות ג’ניפר אניסטון או האלי ברי; מקומות מפורסמים כמו בית האופרה של סידני, או המגדל הנוטה של פיזה, כמו גם תמונות של אנשים ומקומות לא מפורסמים, חיות, רכבים וכן הלאה.

עבור כל תמונה, ספרנו את מספר הפעמים שתאי עצב ירו ספייק בכל פעם שהוצגה תמונה. תא עצב שלא מגיב לתמונה נתונה יירה אותה כמות פעמים לפני שהתמונה מוצגת וגם בזמן שהיא מוצגת. מצד שני אם תא עצב מופעל בתגובה לתמונה נתונה, הוא יירה הרבה ספייקים כשהמטופל או המטופלת רואים את התמונה (איור 1). בתמונות שמוצגות באיור 1, תא עצב של מטופל אחד ירה הרבה ספייקים בתגובה לתמונה של השחקנית ג’ניפר אניסטון, ובתגובה לתמונה של פיל, אולם אותו תא עצב לא הגיב לתמונה של שחקן כדורסל.

לאחר מכן שאלנו אם תא העצב שהגיב לתמונה מסוימת, יגיב לתמונות אחרות של השחקנית. לדוגמא, אם תא עצב שמגיב לגניפר אניסטון מגיב גם לתמונות אחרות של השחקנית? או לשם הכתוב שלה? לאחר מכן שאלנו אם תא העצב שהגיב לתמונה מסוימת, יגיב גם לתמונות אחרות של השחקנית קשורות. לדוגמה, מגיב גם לתמונות אחרות של השחקנית? או לשם הכתוב שלה? כדי לענות על השאלה הזו הראינו לאותו המטופל הרבה תמונות שוב, אולם הפעם כללנו שבע חדשות תמונות של ג'ניפר אניסטון. התמונות היו די שונות זו מזו – לדוגמה, חלק מהתמונות הראו אותה מקדימה, בחלק היא חייכה, היא עמדה בסביבות שונות בכל אחת מהתמונות, וכדומה. אולם מצאנו שאותו תא העצב ירה בתגובה לכל התמונות השונות של השחקנית, ולא כל כך הגיב לתמונות שלא כללו את ג'ניפר אניסטון. תא עצב אחר במטופל אחר הגיב לשחקנית האלי ברי (איור 2). במילים אחרות, תאי העצב האלה קישרו יחד תמונות שונות, למרות ההבדלים בין התמונות! שני תאי העצב באיור 2 הם משני מטופלים שונים, ומצאנו תאי עצב דומים גם אצל כל המטופלים האחרים.

האם תאי עצב אנושיים מקשרים בין פריטים קשורים?

הדוגמאות האלה מראות לכם שתמונות קשורות קושרו יחד על-ידי תאי העצב האלה. הממצא הזה הוביל אותנו להשׁערה שלנו – שכאשר אתם לומדים לקשר בין שני פריטים (לדוגמה, החבר שלכם והכלב שלו), אותם תאי עצב מופעלים עבור שני הפריטים [3].

כדי לבחון את ההשערה הזו ערכנו ניסוי נוסף שבו קבוצה חדשה של שמונה מטופלים היו צריכות ללמוד ששני פריטים קשורים זה לזה [4]. בחנו אם תאי העצב בהיפוקמפוס יקשרו גם בין שני הפריטים האלה.

בדוגמה שבאיור 3, מטופל אחד למד שמכונית אדומה קשורה לשחקן בראד פיט. לאחר מכן שאלנו האם תא העצב שמגיב לבראד פיט יגיב גם לתמונה של המכונית האדומה. האם תא העצב ילמד לקשר בין המכונית לבין בראד פיט? ספרנו את מספר הפעמים שתא העצב ירה בתגובה למכונית האדומה לפני שהמטופלים למדו לבצע את הקישור, ואז השווינו את מספר הפעמים שתא העצב ירה אחרי שהמטופלים למדו לבצע את הקישור. אם תא העצב למד לבצע את הקישור, אז הוא אמור לירות לעיתים קרובות יותר כשהמכונית האדומה מוצגת, אחרי שהמטופל התחיל לקשר בין שני הפריטים.

התגובה של תא עצב אחד לפני הלמידה ואחריה מוצגת באיור 3. כפי שאתם יכולים לראות, לפני שהמטופל למד לבצע את הקישור, תא העצב לא הגיב למכונית האדומה. אולם לאחר שהמטופל למד לקשר בין התמונה של המכונית האדומה לבין תמונה של בראד פיט, תא העצב שהגיב בהתחלה רק לבראד פיט התחיל להגיב גם לתמונה של המכונית האדומה. במילים אחרות, כשהמטופל למד לקשר בין שתי התמונות האלה, גם תא העצב קישר ביניהן. שוב, תא העצב שמוצג באיור 3 הוא דוגמה ממטופל אחד. קיבלנו תוצאות דומות גם עבור 36 תאי עצב אחרים בקבוצה הזו של שמונת המטופלים.

מסקנות

גילינו שתאי עצב בהיפוקמפוס מקשרים בין פריטים שונים שמופיעים יחד. במילים אחרות, כשאנו חיים את חיינו וכל הזמן מקשרים בין כל מיני סוגי פריטים (כמו חברה שלכם והשם שלה), תאי עצב בהיפוקמפוס עסוקים ביצירת האסוציאציות האלה במוח שלנו.

כמה זמן תאי עצב בהיפוקמפוס מאחסנים את הקישורים האלה? נניח שאתם משנים את בית הספר שלכם וכבר לא מקשרים באופן יומיומי בין השמות לבין הפרצופים של תלמידים מבית הספר הקודם. באיזו תדירות אתם צריכים להעלות את הפרצופים והשמות האלה בזיכרון כדי שהקישורים האלה יישארו? מחקרים רבים מראים שאחרי זמן מה ההיפוקמפוס מסיע מידע ישן לאזורים אחרים במוח עבור אחסון לטווח ארוך, אולם לא ברור כמה זמן עובר עד שזה מתרחש. השאלות הקריטיות האלה על האופן שבו זיכרונות עולים, על האופן והמקום שבו הם מאוחסנים ועל הגורמים שמשפיעים על השימור שלהם, כולן עדיין פתוחות. מחקרים נוספים ימשיכו לפענח כיצד המוחות שלנו מייצרים זיכרונות.

מילון מונחים

אלקטרודה (Electrode): ↑ חוט קטן שמוכנס למוח, אשר מאפשר לנו להקשיב לפעילות מוחית.

אפילפסיה (Epilepsy): ↑ הפרעה מוחית שיכולה להוביל להתקפים במטופלים. כדי ללמוד עוד על אפילפסיה, הנה מאמר מצוין: מהי אפילפסיה, וכיצד אתם יכולים לסייע לאדם עם אפילפסיה? [1].

היפוקמפוס (Hippocampus): ↑ מבנה שנמצא עמוק בתוך המוח, אשר ממלא תפקיד חשוב בלמידה ובזיכרון.

ירי של ספייק (Firing a Spike): ↑ אומרים שתאי עצב במוח “יורים ספייק” כשהם שולחים מידע לתאי עצב אחרים. ה“ספייקים” הם זרמים חשמליים זעירים.

הרץ (Hertz): ↑ יחידת מידה של תדר של אירוע. הרץ מודד כמה פעמים אירוע מתרחש בשנייה אחת. במאמר הזה, אנו מודדים כמה ספייקים תאי עצב יורים בשנייה אחת, ומבטאים את תגובת הירי ביחידות של הרץ.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.