תַקצִיר
שפה ומוזיקה הן דרכים חשובות שבאמצעותן אנו מְתַקְשְׁרִים זה עם זה. דיבור בקול רם ונגינה בגיטרה עשויים להיראות די שונים, אולם האם ידעתם שהם משתמשים בהרבה אזורים משותפים במוח? האם אתם יודעים שחוקרים מסוגלים לחקור את תפקודי השפה והמוזיקה במוח במהלך ניתוח מוח? במאמר הזה, אתם למדו על תהליך שנקרא מיפוי גרייה קוֹרטיקלית חשמלית (electrocortical stimulation mapping, או ESM בקיצור), שהוא הליך שמשמש להבנת אלו אזורים במוח חשובים לדיבור ולנגינה בכלי, בזמן ניתוח מוח.
מהי גרייה חשמלית קורטיקלית?
במוחות שלנו יש מיליוני תאים, שנקראים נוירונים, אשר “מדברים” זה עם זה באמצעות שליחת אותות חשמליים. מאחר שנוירונים יכולים “לדבר” זה עם זה, אנו יכולים לעשות הרבה דברים כמו למשל לרוץ, לאכול, לדבר, או אפילו לנגן בכלי מוזיקלי!
אולם מה קורה כאשר הנוירונים האלה לא פועלים כראוי? אצל אנשים עם אפילפסיה, הנוירונים עשויים להיות פעילים מדי, מה שגורם להתקפים. או, אצל אנשים עם גידולים במוח, חלק מהתאים עשויים לגדול באופן אבנורמלי, ולעיתים גם זה יכול לגרום להתקפים. לחלק מהמטופלים עם גידולים במוח או אפילפסיה יכולים להיות תסמינים שאי אפשר לרפא לחלוטין באמצעות תרופות, כך שהם עשויים להזדקק לניתוח כדי להסיר את הגידול או את האזורים במוח שגורמים להתקפים. אם הגידול או האפילפסיה של המטופלים נמצאים באזור השפה במוח, חשוב לוודא שהמטופלים יהיו מסוגלים לדבר ולהבין דיבור גם אחרי הניתוח. מסיבה זו, מנתחים רוצים לוודא שאינם מסירים את האזורים החשובים האלה במוח.
המוח מחולק לארבע אֻנּוֹת עיקריות, או אזורים, שנקראות האונה המצחית, הקודקודית, הרקתית והעורפית. אזורים קטנים יותר באונות הקודקודית, המצחית והרקתית שנקראים פיתול הרקה העליון, הפיתול הקדם-מצחי, הפיתול הבתר-מרכזי והפיתול המצחי התחתון (איור 1), נמצאו כחשובים עבור שָׂפָה [1]. לכל אחד מאזורי המוח האלה יש תפקיד בהקשבה ובהבנה, בדיבור, בתנועה ובתחושה. כדי להימנע מגרימת נזק לאזורי המוח האלה במהלך ניתוח, מנתחים משתמשים בשיטה שנקראת מיפוי גרייה קוֹרטיקלית חשמלית (ESM), שהיא כלי למיפוי המוח. ESM יכולה לסייע למנתחים להבין אלו אזורים במוח חשובים לדיבור. כדי לעשות זאת, המנתחים משתמשים במכשיר דמוי-שרביט שנקרא מְגָרֶה (stimulator), בעל שתי אלקטרודות קטנות, כדי לשלוח כמויות זעירות של חשמל לאזורים שונים במוח. החשמל הזה משנה באופן זמני את הדרך שבה נוירונים מְתַקְשְׁרִים זה עם זה. על ידי גרייה של המוח, אפשר לגרום למטופלים לעשות טעויות בזמן שהם מדברים, או לגרום למטופלים להפסיק לגמרי את הדיבור.
- איור 1 - המוח שלנו מורכב מאזורים שונים שמסייעים לנו לבצע מטלות שונות.
- האזורים המודגשים גורו באמצעות ESM. האזורים הסגולים היו באזור במוח שנקרא האונה המצחית, והם חשובים לדיבור ולמוזיקה. האזורים הכחולים נמצאים באונה הקודקודית, ולאזורים האלה יש תפקיד גם בדיבור וגם במוזיקה. האזורים הירוקים הם חלק מהאונה הרקתית, והם חשובים לדיבור. המכשיר האפור דמוי השרביט הוא מגרה ESM, אשר שולח את החשמל (שמיוצג בצורת ברק צהוב) לתוך אחד האזורים הצבועים במוח, כדי לבחון את תפקודם.
עבור מטופלים שהם מוזיקאים, חשוב גם שניתוח המוח לא יפגע ביכולתם להמשיך לנגן. כמו עם דיבור, המנתח יכול להשתמש ב-ESM כדי לגרות אזורים שונים במוח ולראות אם הגירוי גורם למטופלים להפסיק להיות מסוגלים לנגן על כלי. די מדהים לראות אדם שמנגן על גיטרה במהלך ניתוח מוח! על ידי זיהוי האזורים במוח שחשובים לנגינה, המנתחים יכולים להיות זהירים ולא להזיק לאזורים האלה במהלך הניתוח. באיור 1, כל האזורים הצבועים במוח מופעלים כאשר אנשים מדברים, וחלק מהאזורים באונות הרקתית, הקודקודית והמצחית גם נראים מעורבים בנגינה.
עבור מרבית האנשים, דיבור ומוזיקה חשובים לתקשורת, בין אם לדיבור מילולי ובין אם לביטוי עצמי באופן בלתי מילולי, בדרך אומנותית. הֲבָנַת האזורים המסוימים במוח שאחראים על שני סוגי התקשורת האלה חשובה לא רק במהלך ניתוח מוח – היא גם יכולה לסייע למדענים לבנות כלים טובים יותר לשיפור התקשורת, במיוחד אצל אנשים שסבלו משבץ, או שהם משותקים ואיבדו את יכולתם לדבר או לזוז.
מה מטופלים עושים במהלך ESM?
ESM הוא הליך ייחודי מאחר שהוא צריך להיות מבוצע כשהמטופל ער, במהלך ניתוח מוח. כיצד זה קורה באופן נורמלי? ראשית, מטופלים מקבלים תרופות כדי שלא ירגישו כאב. לאחר מכן, המנתחים יבקשו מהמטופלים לבצע מגוון מטלות שכוללות דיבור, הקשבה, או תנועה. לדוגמה, במטלה של חזרה בדיבור, מטופלים ישמעו משהו כמו “תגידו חתלתול”, והמטופלים יחזרו על המילה “חתלתול”. בזמן שהמטופלים מבצעים את המטלה הזו, המנתחים ישתמשו במגרה ESM [2] באזורים שונים במוח. כאשר המגרה נוגע באזור קריטי לדיבור במוח, הוא יכול להפריע ליכולתם של המטופלים לדבר.
באופן מדהים, ישנם הרבה סוגי טעויות ש-ESM יכול לגרום למטופלים לעשות. אחד מסוגי הטעויות נקרא מעצר, מאחר שהמטופלים אינם יכולים להגיד שום דבר. טעות נוספת היא כאשר מטופלים אומרים “חתלכול” במקום “חתלתול”. זה נקרא החלפה, וסוג הטעות הזו נקרא טעות פונולוגית מאחר שהמטופלים החליפו את צליל ה“ת” (או פוֹנֶמָה) ב“כ” במילה “חתלתול”. כאשר מטופלים מבצעים טעויות כשהם מנסים לדבר במהלך ESM, הרופאים רושמים אלו אזורים במוח גורמים לאלו סוגי טעויות, ומוודאים שאזורי המוח שקריטיים לתקשורת לא יוסרו במהלך הניתוח.
אם כן, מה לגבי מוזיקה?
האם אותם אזורים במוח שולטים על דיבור ועל נגינה על כלי?
שני מטופלים (שהם גם מוזיקאים) אשר זקוקים לניתוח מוח רצו לוודא שהאזורים במוחם שאִפשרו להם לנגן לא יושפעו מהניתוחים שלהם [3].
המטופלים נבדקו גם לשפה וגם למוזיקה. באמצעות ESM היינו מסוגלים לחקור אם אותם אזורים במוח ממלאים תפקיד גם בדיבור וגם בנגינה, או אם ישנם אזורים שונים במוח לכל אחד מתחומים אלה. כדי לבחון שפה, שני המטופלים התבקשו לספור לאט מ-1 עד 30, או עד שאמרו להם להפסיק. הם גם התבקשו לחזור על מילים. בזמן שהם דיברו, המנתחים השתמשו ב-ESM כדי לגרות אזורים קטנים בתוך האזורים הצבועים במוח (איור 1), במטרה לראות אם המטופלים יבצעו טעויות. כל אחד מאתרי הגרייה האלה נבחן בין פעם אחת ל-18 פעמים. עבור החלק המוזיקלי, המטופל הראשון התבקש לנגן סולמות מוזיקליים ומנגינה שהוא הכיר. המטופל השני פרט אקורדים על גיטרה. בזמן שהמטופלים ביצעו את המטלות המוזיקליות האלה, המנתחים גירו את אותם האזורים המוחיים שנבחנו במטלת השפה. גם עבור שפה וגם עבור מוזיקה, חוקרים הסתכלו על אלו סוגי טעויות (איור 2) המטופלים ביצעו במהלך הגרייה, ואלו אזורים במוח היו מעורבים בכל אחת מהן.
- איור 2 - חלק מהטעויות שאנשים מבצעים כשהם מדברים או מנגנים על כלי במהלך ESM.
- סוגי הטעויות האלה מאפשרים לנו לראות אלו אזורים במוח אחראים על תפקודי שפה ומוזיקה. כאן, יש לנו דוגמה של אמירת “חתלתול” באנגלית (kitty cat) ונגינת רצף של תווים על מקלדת פסנתר. הקווים המשורבטים מתחת למילים “kitty cat” הם תמונות של גלי הקול. הצבע הכחול מראה שאזורים במילה או בקטע המוזיקלי דוברו או נוגנו נכון. המקומות שבהם גלי הקול או מקשי הפסנתר צבועים באדום, מראים שבוצעה טעות.
תוצאות המחקר הזה הראו לנו שגרייה של הפיתול המצחי התחתון (האזור הסגול באיור 1) גרמה למטופלים להפסיק (מעצר), גם בדיבור וגם במוזיקה! מדענים האמינו קודם לכן שהאזור הזה במוח אחראי על תכנון תנועה של הלסת, השפתיים והלשון, כדי שנוכל לדבר. אולם אנו מצאנו שאזור המוח הזה שולט גם על תנועות ידיים. בעוד שהיו אזורים מסוימים במוח שגרמו לטעויות רק בדיבור (פיתול הרקה העליון, האזור הוורוד באיור 3), או בנגינה בלבד (אזור כחול באיור 3), היו אזורים מסוימים במוח שגרמו לטעויות בשניהם. נראה שהתוצאות האלה מצביעות על כך שלפיתול המצחי התחתון יש תפקידים רבים ביחס לאופן שבו אנו מְתַקְשְׁרִים, והוא לא משמש רק לדיבור. מאחר שרק שני מטופלים נחקרו, חשוב לערוך מחקרי ESM נוספים על מטופלים אחרים שהם גם מוזיקאים, כדי שנוכל לראות אם התוצאות האלה דומות בקבוצות גדולות יותר של אנשים.
- איור 3 - חלק מהאזורים במוח מעבדים בעיקר דיבור, וחלק מהאזורים מעבדים בעיקר מוזיקה.
- ישנם גם אזורים שעושים את שניהם. אתם יכולים לראות שמרבית האזורים בחלק המרכזי והאחורי של הפיתול המצחי התחתון והפיתול הקדם-מצחי, בסגול, אחראים על הקשבה ודיבור. החלק הקטן בכחול, שנמצא בעיקר בחלק התחתון של הפיתול הבתר-מרכזי, מעורב רק בנגינה. האזור האדום של הפיתול הרקתי העליון נדמה כמעורב רק בדיבור, ולא בנגינה. קרדיט לתמונה: https://pixabay.com/illustrations/women-s-music-instrument-piano-1648811/
מה למדנו על המוח מדיבור וממוזיקה?
מוזיקה ושפה מסייעות לנו לתקשר. במשך עשרות שנים, מדענים הבחינו כיצד מוזיקה ושפה קשורות במוח, אולם הם גם מצאו הבדלים מסוימים [4]. במאמר הזה, דנו באופן שבו ESM משנה את הפעילות המוחית באזורים במוח שהם חשובים למוזיקה בלבד, או לדיבור בלבד, ואזורים במוח שממלאים תפקיד בשניהם. באמצעות המחקר הזה, ESM סייעה לנו ללמוד שאזורי המוח האלה מעט יותר מורכבים ממה שחשבנו בעבר. נדמה שלחלק מהאזורים במוח כמו למשל הפיתול המצחי תחתון, יש כמה תפקודים כמו למשל סיוע ביכולות לדבר ולנגן על כלי. באופן כללי, ישנו חוסר הסכמה בנוגע להיכן ממוקם “אזור המוזיקה” במוח, בהשוואה ל“אזור הדיבור והשפה”, אולם סוגי השאלות האלה הופכים את מדעי המוח למעניינים. מטרתו האולטימטיבית של המחקר הזה ומחקרים עתידיים היא לסייע למדענים ולאנשים שאינם מדענים להבין לעומק נושאים כמו שפה ומוזיקה, כך שבני אדם יוכלו לתקשר טוב יותר זה עם זה!
תרומת הכותבות
MD, RS ו-LH תרמו את הרעיון ואת סקירת הספרות עבור כתב היד הזה. MD, ML ו-EC כתבו את המאמר המקורי שאליו מופנית עבודה זו. MD ו-LH עיצבו ויצרו את כל התמונות. כל המחברים תרמו לסקירה, לקריאה ולאישור הגרסה המוגשת של כתב היד.
מילון מונחים
נוירון (Neuron): ↑ התאים שמרכיבים את המוח שלנו ומאפשרים לגוף שלנו לבצע מטלות שונות.
אפילפסיה (Epilepsy): ↑ לקות מוחית שבה תאים במוח (נוירונים) פעילים מדי, וגורמים לאדם לחוות התקפים.
גידול (Tumor): ↑ מסה אבנורמלית במוח שיכולה לגרום למגוון תסמינים, כולל התקפים.
פיתולים (Gyri/Gyrus): ↑ הבליטות על פני השטח של המוח.
מיפוי גרייה קורטיקלית חשמלית (ESM - Electrocortical Stimulation Mapping): ↑ הליך שבו אזורים שונים במוח מגורים באמצעות חשמל, כדי להפריע לתפקודים שונים במוח כמו דיבור או תנועה. ESM מאפשר לרופאים לקבוע אם אזורים מסוימים במוח חשובים לתפקודים שונים.
טעות פונולוגית (Phonological Error): ↑ טעות בדיבור שמתרחשת במהלך ESM, שבה המטופלים מחליפים פונמות כשהם מנסים לומר מילה נתונה (למשל אומרים “טאן” במקום “כאן”).
פונמות (Phonemes): ↑ צלילים בודדים שמבוטאים כשמנסים להגות אותיות וליצור מילים.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
תודות
המחברים רוצים להודות למטופלים במרכז UCSF לאפילפסיה, אשר השתתפו במטלות המחקר הזה ואפשרו את העבודה הזו.
מאמר המקור
↑Leonard, M. K., Desai, M., Hungate, D., Cai, R., Singhal, N. S., Knowlton, R. C., et al. 2018. Direct cortical stimulation of inferior frontal cortex disrupts both speech and music production in highly trained musicians. Cogn. Neuropsychol. 36:158–66. doi: 10.1080/02643294.2018.1472559
מקורות
[1] ↑ Leonard, M. K., Cai, R., Babiak, M. C., Ren, A., and Chang, E. F. 2016. The peri-Sylvian cortical network underlying single word repetition revealed by electrocortical stimulation and direct neural recordings. Brain Lang. 193:58–72. doi: 10.1016/j.bandl.2016.06.001
[2] ↑ Ojemann, G., Ojemann, J., Lettich, E., and Berger, M. 1989. Cortical language localization in left, dominant hemisphere: an electrical stimulation mapping investigation in 117 patients. J. Neurosurg. 71:316–26. doi: 10.3171/jns.1989.71.3.0316
[3] ↑ Leonard, M. K., Desai, M., Hungate, D., Cai, R., Singhal, N. S., Knowlton, R. C., et al. 2018. Direct cortical stimulation of inferior frontal cortex disrupts both speech and music production in highly trained musicians. Cogn. Neuropsychol. 36:158–66. doi: 10.1080/02643294.2018.1472559
[4] ↑ Zatorre, R. 2005. Music, the food of neuroscience? Nature 434:312–5. doi: 10.1038/434312a