תַקצִיר
האם אי פעם רציתם לשפר את זיכרונכם? או שהתאמצתם לזכור את מה שלמדתם? הזיכרון עושה שימוש בדפוסים מיוחדים של פעילות במוח. בניסוי שערכנו, בָּחַנּו דרך חדשה ליצור דפוסים של גלי מוח המסייעים לזיכרון. ביקשנו לבדוק אם נוכל לשפר את הזיכרון על ידי שימוש באורות ובצלילים המלמדים את גלי המוח להסתנכרן. לצורך כך ביקשנו מהמשתתפים להרכיב משקפי מגן מיוחדים שיצרו הבזקי אור, וכן אוזניות שהשמיעו קולות צפצוף. אלה אִמְּנוּ את המוח בתהליך שנקרא סִנְכְּרוּן. הסנכרון מביא את המוח למצב של תיאום בדפוס מסוים של גלי מוח, המכונה תֵּטָא. נמצא כי לאנשים שמוחותיהם אומנו להיות בתיטא, היה זיכרון טוב יותר בהשוואה לאנשים שמוחותיהם לא היו מאומנים בכך. למדנו כי סנכרון הוא דרך חדשה ומגניבה לשיפור הזיכרון.
זיכרון וגלי מוח
זיכרון הוא דבר חשוב בחיי היומיום. הוא מסייע לנו בדברים רבים, כמו לזכור להכין את שיעורי הבית שלנו, או לדעת את התשובות במבחן. מַרבית הפעמים, שִׁכחה היא דבר תקין, אך לעיתים היא עלולה להיגרם בְּשֶׁל נזק למוח, או עקב מחלות מסוימות. בניסויים שערכנו חקרנו את הגרסה ארוכת-הטווח של הזיכרון, הכוללת דברים כמו לזכור את חוויית היום הראשון בבית הספר, או מסיבת יום הולדת של חבר. הזיכרונות הללו מתרחשים במוח בזכות דפוסי הפעילות של תאי מוח באזורים שונים, הפועלים יחד כדי לזכור. תאי המוח, המכונים תאי עָצָב, שולחים אותות חשמליים בינם לבין עצמם ברצפים מדויקים, כמו חברים שמשחקים ביניהם ’מְסִירוֹת’ בכדור, הלוך ושוב. במוח יש מיליוני תאי עצב, ודפוסי הפעילות החשמלית של התאים הללו מכונים גלי מוח. הם כמו גלים בחוף הים: יכולים להיות גדולים או קטנים, מהירים או איטיים. מהירות גלי המוח מכונה תֶּדֶר, והיא נמדדת ביחידות הנקראות הֶרְץ (Hz). ההֶרְץ מורה לנו כמה פעמים גלי המוח מתרחשים בשנייה אחת. כדי לפשֵּׁט זאת, בדרך כלל מתייחסים אל גלי המוח בשמות. אחד מגלי המוח האיטיים ביותר מכונה תֵּטָא, והוא מתרחש ארבע עד שמונה פעמים בשנייה (4–8 Hz). זאת כאשר אנשים רגועים מאוד, או במהלך השינה. גל מוח מהיר יותר המכונה בֵּטָא מתרחש בין 12 ל-16 פעמים בשנייה (12–16 Hz), בדרך כלל כשאנשים ערים ונמצאים במצב של מוּדעוּת.
האם ניתן לאמֵּן את המוח כך שיפעל על גלי מוח מסוימים?
ניתן לשנות את דפוסי הקצב של פעילות המוח באמצעות תהליך המכונה סִנְכְּרוּן. כלומר, ביכולתנו לאמֵּן את המוח לפעול בתדרים שונים. זה כמו לגרום ללהקה לנגן יחד במהירות גבוהה יותר או נמוכה יותר, או כמו לכוון את הרדיו לתחנה מסוימת. סנכרון פועל בכך שמְספקים למוח קְלָטִים, כמו צלילים או אורות, בתדירות שבה אנו רוצים שיפעל. ביכולתנו לעשות זאת באחת משתי דרכים: על ידי שימוש במשקפי מגן המהבהבים בתדירויות המדויקות שבהן אנו מעוניינים שהמוח יהיה, או להשתמש באוזניות כדי לנגן צלילים (צפצופים) בתדירות המדויקת. השיטות הללו מסוגלות לסנכרן את המוח בלי לפגוע בו.
במחקר שערכנו, ביקשנו לבחון אם הסנכרון יכול לשפר את הזיכרון על ידי חיזוק גלי התיטא. חשבנו לעשות זאת משום שמחקרינו הקודמים הראו כי גלי התיטא מתרחשים ממש לפני שאדם מצליח לזכור משהו בצורה נכונה [1]. זה היה מפתיע ומרגש עבור מדענים, כיוון שממצאינו הצביעו על כך שניתן לשפר את הזיכרון על ידי שינוי פעילות המוח המתרחשת ממש לפני שנזכרים – תארו לעצמכם! האם חיזוק של גלי תיטא באמת עשוי לשפר את מה שאנשים זוכרים? צפינו כי חיזוק גלים אלה באמצעות סנכרון שמיעתי וראייתי יוביל לשיפור בזיכרון.
כיצד בדקנו את הנחות המחקר שלנו?
במטרה לבחון אם חיזוק גלי התיטא משפר את הזיכרון, ביצענו שני ניסויים. בניסוי הראשון, ערכנו השוואה בין חיזוק של גלי תיטא ובין חיזוק דפוסים אקראיים, המכונים רַעַשׁ לָבָן. בניסוי השני, השווינו בין חיזוק של גלי תיטא ובין חיזוק גלי בטא. בשני הניסויים, בשלב הראשון המשתתפים למדו רשימה של 200 מילים, מילה אחר מילה. לאחר מכן, הם ביצעו מבחן זיכרון שבו שילבנו את המילים הללו עם 100 מילים חדשות. כאשר המילים הופיעו בפניהם, כל מילה בתורה, המשתתפים התבקשו לזכור אם למדו את המילה בחלק הראשון של הניסוי. בין הלמידה למבחן הזיכרון היה פרק זמן בן 36 דקות שבו בוצע סנכרון ראייתי ושמיעתי בעזרת אוזניות ומשקפי מגן, כפי שמתואר ב.1 איור משקפי המגן חסמו הכול פרט לאורות המהבהבים, והאוזניות חסמו כל צליל פרט לאלה שהשמענו. יכולנו לשלוט בעוצמַת הַשֵּׁמַע ובבהירוּת האורות. סוג הגירוי השמיעתי-ראייתי היה תלוי בקבוצה שאליה השתייכו המשתתפים – הם חולקו לקבוצות שראו ושמעו גלי תיטא, גלי בטא, או דפוסים אקראיים.
- איור 1 - ניסוי הזיכרון שלנו הכיל שלושה חלקים.
- בשלב הראשון, המשתתפים למדו מילים שהופיעו על מסך מחשב, מילה אחת בכל פעם. בשלב השני, הם יצאו להפסקה שבמהלכהּ עברו 36 דקות של סנכרון מוח שהורכב מאורות ומצלילים. בשלב השלישי, המשתתפים ענו על מבחן זיכרון שבו הוצגו להם מילים שלמדו, בשילוב עם מילים חדשות. הם התבקשו לזכור אם ראו כל מילה בשלב הראשון של הניסוי – לימוד המילים, ותייגו אותה כ’חדשה’ או כ’יְשָׁנָה’. מקרא (משמאל לימין ומלמעלה למטה): למידה – המילה ’טִיל’ – לִמדו 200 מילים, אחת בכל פעם, הַקדישו שנייה ללימוד כל מילה. הפוגה – ניסוי 1 – תיטא (5.5 Hz) או רעש לבן – בּקרה. ניסוי 2 – תיטא (5.5 Hz) או בטא (14 Hz) – בּקרה. מבחן זיכרון – טיל – מילה חדשה או יְשָׁנָה? – 200 מילים ’יְשָׁנוֹת’ שנלמדו עורבבו עם 100 מילים חדשות, אחת בכל פעם – האם למדתי את המילה הזו בעבר?
בניסוי הראשון בדקנו 50 אנשים (26 נשים ו-24 גברים, בטווח הגילים שבין 18 ל-25). חילקנו אותם בצורה שווה לשתי קבוצות. הקבוצה הניסיונית קיבלה אורות וצלילים שהמריצו את גלי התיטא (5 Hz). קבוצת הביקורת קיבלה דפוס אקראי של אורות מהבהבים ושל צלילים (רעש לבן), והשתמשנו בקבוצה זו לְשֵׁם השוואה. אף אחד מהמשתתפים לא ידע לאיזו קבוצה הוא משתייך. בניסוי השני, בדקנו 40 אנשים חדשים (22 נשים ו-18 גברים, בטווח הגילים שבין 18 ל-26). שוב, הפרדנו אותם לשתי קבוצות שקיבלו דפוסי סנכרון שונים. הפעם, קבוצה אחת קיבלה סנכרון תיטא (5 Hz), והקבוצה השנייה קיבלה סנכרון בטא (14 Hz). עשינו זאת כדי לבחון אם אימון של דפוסי מוח אחרים גם משפר את הזיכרון, או אם שיפור הזיכרון קשור באופן פרטני לתיטא.
אולם, איך נוכל לְדַמּוֹת את מה שמתרחש בתוך מוחותיהם של המשתתפים בלי להיכנס אל תוך ראשיהם? רִשְׁמַת מוח חשמלית (אֶלֶקְטְרוֹאֶנְצֶפָלוֹגְרָם, EEG) , היא דרך בטוחה למדוד את הפעילות החשמלית המיוצרת על ידי גלי המוח, ללא צורך לבצע ניתוח. בשיטה זו הנבדק מתבקש לחבושׁ לראשו כובע בעל חיישׁנים בשם אֶלֶקְטְרוֹדוֹת [2]. מדענים יכולים להשוות תוצאות של בדיקות EEG כאשר אנשים מצליחים לזכור משהו בצורה נכונה, לעומת כאשר אותם אנשים שוכחים. ההבדלים בתוצאות ה-EEG מְספרים לנו כיצד נראית פעילות המוח עבור זיכרון. במחקרינו הקודמים מצאנו כי גלי תיטא בחלק הקדמי של המוח הקדימו זיכרון מוצלח. לכן, בניסויים שערכנו במחקרנו כעת, חיפשנו פעילות תיטא בחלק הקדמי של המוח במהלך הניסוי, כאשר אנשים היו בתהליך הזכרון.
האם התחזיות שלנו היו נכונות? (התראַת סְפּוֹיְלֶר: כן!)
הניסוי הראשון שלנו הראה כי לקבוצה שקיבלה סנכרון גלי תיטא היה זיכרון טוב יותר מאשר לקבוצה שקיבלה רעש אקראי (איור – (איור 2). זה מצביע על כך שגירוי שמיעתי-ראייתי בטווח התיטא שיפר את הזיכרון. אך כיצד אנו יודעים שהיה זה סנכרון התיטא שיצר את ההבדל? כאן נכנס לתמונה הניסוי השני שלנו. רצינו לבדוק אם הזיכרון השתפר כאשר הִמרצנו את גלי הבטא, או אם ההשפעה הייתה ייחודית לקבוצת התיטא. תוצאות הניסוי השני הצביעו על כך שרק הקבוצה שקיבלה את המרצַת גלי התיטא הפגינה שיפורים בזיכרון: הקבוצה שקיבלה את גירוי הבטא לא הראתה שיפור בזיכרון (איור 2).
- איור 2 - ממצאי הניסויים שערכנו.
- בניסוי הראשון (Exp. 1), הקבוצה שקיבלה סנכרון מוח מסוג תיטא השיגה ציונים טובים יותר במבחן הזיכרון מאשר הקבוצה שקיבלה רעש לבן. בניסוי השני (Exp. 2) הקבוצה שקיבלה סנכרון מוח מסוג תיטא השיגה ציונים טובים יותר במבחן הזיכרון מאשר הקבוצה שקיבלה סנכרון בטא. ההבדל בין מצבי הסנכרון היה משמעותי מבחינה סטטיסטית, כלומר, להבדלים הללו הייתה סבירות של פחות מ-5% להתרחש בצורה אקראית. הקווים בראש כל עמודה מציינים את שגיאת התקן של הממוצע, והם מראים עד כמה נתוני הניסוי חורגים מהממוצע. מקרא: Correct memory test = אחוזי ההצלחה במבחן הזיכרון; Theta = תיטא; White noise = רעש לבן; Beta = בטא.
תוצאות ה-EEG הראו כי גלי המוח של אנשים הומרצו באותם הדפוסים שהמשתתפים קיבלו ממכשירי הסנכרון (איור 3). כלומר, באנשים שקיבלו סנכרון תיטא נצפו גלי תיטא מוגברים במהלך מבחן הזיכרון, ובאותו האופן, סנכרון הבטא הגביר את גלי הבטא (אך חשוב לציין כי הגלים שהוזרמו לא שיפרו את הזיכרון). משמעות הדבר היא שהסנכרון פעל לשינוי המוח.
- איור 3 - המשך תיאור הניסוי ותוצאותיו.
- (A) לאחר שלמדו את המילים, המשתתפים קיבלו סנכרון שמיעתי-ראייתי לגלי המוח שלהם באמצעות גירויים בתדר תיטא (4-6 Hz) או בתדר בטא (14 Hz). (B) במהלך מבחן הזיכרון, גלי המוח של המשתתפים הוקלטו באמצעות ה-EEG. (C) הקבוצה שקיבלה גירויי תיטא הפגינה פעילות תיטא גבוהה יותר במהלך מבחן הזיכרון מאשר קבוצת הבטא. מפת המוח הזו (שנראית כאילו אנו מסתכלים על המוח מלמעלה), מראָה הבדלי תיטא בזמן הזכירה: הפחתה בין קבוצות משתתפים שקיבלו חיזוק גלי תיטא או גלי ביטא לפני כן. סולם הצבעים מציג פעילות תיטא במהלך מבחן הזיכרון. ההבדלים העיקריים נצפו באתרים הקדמיים, המוקפים בעיגול. מקרא (משמאל לימין ומלמעלה למטה): Left = שמאל; Front = קדימה; Right = ימין; Back = אחורה; Theta Differences = שינויים בתיטא; Low Theta = תיטא נמוכה; High Theta = תיטא גבוהה.
מסקנות וסיכום
גילינו כי סנכרון יכול להשפיע בצורה בטוחה על גלי המוח, לשיפור הזיכרון. כידוע, לכל מחקר ישנן נקודות חוזק ונקודות חולשה. אחת מנקודות החוזק של המחקר שלנו היא שעשינו שימוש בשני ניסויים ובקבוצות ביקורת טובות כדי לערוך השוואות, וכך שללנו את האפשרויות האחרות. הממצאים אומנם מְרגשים, אך עדיין ישנהּ עבודה רבה לעשות. לדוגמה, אחת המגבלות היא שאיננו יודעים מהו הזמן המינימלי הנדרש כדי שהסנכרון יפעל, כיוון שבדקנו רק 36 דקות של סנכרון. כמו כן איננו יודעים עדיין כמה זמן נמשך השיפור בזיכרון. חשוב לציין שטרם בדקנו זאת על ילדים, וייתכן גם כי האורות המהבהבים שבהם עשינו שימוש אינם בטוחים עבור אנשים החולים במחלת הנפילה (אפּילפסיה). עָלֵינו גם לזכור שלמרות שהראינו כי אימון גלי התיטא שיפר את תוצאות הזיכרון מאוחר יותר, וגרם להמרצַת פעילות התיטא במוח בזמן פעילות הַזְּכירה, אין זה אומר בהכרח שפעילות התיטא המוגברת בחלק הזיכרון של הניסוי גרמה לזיכרון משופר. הממצא רק מעיד על כך שהסנכרון שיפר הן את הזיכרון הן את גלי התיטא המאוחרים. עם זה מחקרים אחרים הראו כי גלי מוח שונים (כמו למשל תיטא), יכולים להשפיע על ציוני הזיכרון [1, 3–5].
לממצאים הללו ישנם מִגוון יישׂומים אפשריים מְרגשים בעתיד. אחת התקוות היא שנוכל להשתמש במכשירי סנכרון כדי לסייע לאנשים הסובלים מהפרעות בזיכרון. לדוגמה, ייתכן כי סנכרון יכול לסייע לאנשים מבוגרים ששוכחים הרבה דברים; אנשים שחוו פגיעות ראש, או אנשים המתמודדים עם מחלות המשפיעות על הזיכרון [3–5]. סנכרון גלי המוח עשוי גם לעזור לאנשים לשפר את תפקוד הזיכרון שלהם במצבים רגילים. כך למשל, לסייע לאנשים לשפר את ביצועיהם בבית הספר, בספורט או בעבודה. לדוגמה, ניתן יהיה אולי להשתמש בסנכרון כדי לעזור לאסטרונאוטים הטסים לחלל להימנע מטעויות הקשורות לזיכרון! בימים אלו אנו עורכים מחקרים העוסקים באפשרויות הללו. עִקבו אחרינו – ייתכן שכדי ללמוד ולזכור טוב יותר פשוט צריך להיות ’בראש הנכון’. אז – ’חִשבו תיטא’!
מילון מונחים
תאי עצב (Neurons): ↑ מכונים גם נוֹיְרוֹנִים. אלה הם תאים במערכת העצבים הכוללים תאים במוח ובחוט השדרה, אשר שולחים (ומקבלים) אותות חשמליים מִתאים אחרים.
תֶּדֶר (Frequency): ↑ בהקלטַת המוח, כמה פעמים אות (או גל) מתרחש בשנייה.
הֶרְץ (Hertz): ↑ היחידה הבסיסית למדידת תדר, או, כמה פעמים אות (או גל) מתרחש בשנייה. הקיצור הוא (Hz).
גלי מוח בתדר תֵּטָא (Theta Brain Waves): ↑ גלי מוח איטיים, בתדר של 6-4 Hz. נפוצים בשינה, בעת רגיעה ובזמן מדיטציה עמוקה.
גלי מוח בתדר בֵּטָא (Beta Brain Waves): ↑ גלי מוח מהירים, בתדר של 12-16 Hz. מקושרים בדרך כלל לערוּת ולמוּדעוּת.
סִנְכְּרוּן (Entrainment): ↑ תיאום של גלי מוח לגירויים חיצוניים העשויים לכלול הבזקי אור או קול בתדרים מסוימים. הסנכרון מנחה את המוח בעדינות ובביטחון לדפוסים מסוימים של גלי מוח.
רעש לבן (White Noise): ↑ אות אקראי, כמו ה’שלג’ שמופיע על מסך הטלוויזיה כשאין אות, או תחנת רדיו לא מכוונת שבה שומעים רק רעשים סטטיים.
רִשמת מוח חשמלית (אֶלֶקְטְרוֹאֶנְצֶפָלוֹגְרָם, EEG, Electroencephalogram): ↑ שיטה למדידת הפעילות החשמלית במוח. במסגרתה עושים שימוש בכובע עם חיישנים המכונים אלקטרודות, שאותו הנבדק חובש לראשו.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
תודות
הכותבים מודים על התמיכה בעבודה זו על ידי מענק 1, L30 NS112849-01, מטעם המכונים הלאומיים לבריאות בארה“ב (NIH), ומענק 2, L30 NS112849-02, מטעם המכונים הלאומיים לבריאות והמשרד למעורבוּת בקהילה באוניברסיטה של מדינת קליפורניה, סן ברנרדינו (CSUSB). אנו מודים מאוד על עבודתם של הדוקטורים Brooke Roberts, Alex Clarke ו- Charan Ranganath בניסוי המקורי, וכן על תרומתם החיובית של כל העורכים המדעיים, המנחים המדעיים והסוקרים הצעירים. בכלל זה, תודתנו לסוקרת בוגרת נוספת, Sierra בת ה-19 מפורט וואלי, וירג’יניה, ארה”ב, שמתעניינת במקצועות ה-STEM (מדעים, טכנלוגיה, הנדסה ומתמטיקה) ואוהבת את תחום מדעי הסביבה.
מקורות
[1] ↑ Addante, R. J., Watrous, A. J., Yonelinas, A. P., Ekstrom, A. D., and Ranganath, C. 2011. Pre-Stimulus theta activity predicts correct source memory retrieval. Proc Natl Acad Sci USA. 108:10702–7. doi: 10.1073/pnas.1014528108
[2] ↑ van Atteveldt, N., Janssen, T. W. P., and Davidesco, I. 2020. Measuring brain waves in the classroom. Front Young Minds. 8:96. doi: 10.3389/frym.2020.00096
[3] ↑ Hanslmayr, S., Axmacher, N., and Inman, C. S. 2019. Modulating human memory via entrainment of brain oscillations. Trends Neurosci. 42:485–99. doi: 10.1016/j.tins.2019.04.004
[4] ↑ Eschmann, K. C. J., Bader, R., and Mecklinger, A. 2020. Improving episodic memory: frontal-midline theta neurofeedback training increases source memory performance. NeuroImage. 222:117219. doi: 10.1016/j.tins.2019.04.004
[5] ↑ Addante, R. J., Ranganath, C., Olichney, J., and Yonelinas, A. P. 2012. Neurophysiological evidence for a recollection impairment in amnesia patients that leaves familiarity intact. Neuropsychologia. 50:3004–14. doi: 10.1016/j.neuropsychologia.2012.07.038