תַקצִיר
עטלפים נעזרים באוזניהם כדי לראות; נחשים צוֹפים בעולם בעזרת הבדלי חוֹם וקור; לסוסים יש טווח ראייה רחב - כמעט 360 מעלות סביב ראשיהם, ולצרצרים יש יכולות שמיעה מעולות דרך רגליהם. פיתוח היכולות הללו אָרַךְ עשרות אלפי שנים של אֶבוֹלוּצְיָה. יכולות מדהימות אלה עשויות להישמע כמו כוחות-על אשר רק גיבורי ספרי קומיקס ניחנים בהם. אולם מחקרים חדשים מצביעים על כך שבעזרת טכנולוגיה מתקדמת ולמידה תפיסתית, גם בני אדם יוכלו להתחיל לעשות חלק מהדברים מעוררי ההתפעלות האלה. מה שמרשים אפילו יותר, הוא הזמן הקצר שבו התהליך מתרחש. כפי שהראינו לאחרונה בעבודות הדמיה תפקודית של המוח (fMRI), מוחות אנושיים מתחילים להסתגל לחושים החדשים או המשודרגים הללו, להגיב אליהם ולהשתמש בהם בתוך עשרות שעות בלבד.
מה אנו יודעים לגבי חושים?
בבית הספר למדתם על אודות חמשת החושים: ראייה; שמיעה; טעם; מישוש וריח. אולי אפילו למדתם איך כל חוש שולח מֶסֶר לעיבוד באזור מסוים במוח, לדוגמה מרכז הראייה, מרכז השמיעה וכדומה. אולם מחקרים עדכניים מראים כי החלוקה הפשוטה הזו אינה נכונה לגמרי, ובהחלט אינה מְשַׁקֶּפֶת את התמונה כולה [1].
המחקרים האמורים חושפים קשרים נסתרים בין החושים – קשרים המשמשים כשערים המעבירים מידע מחוש אחד לאחר, ומאפשרים אִינְטֶגְרַצְיָה רב-חושית. השערים הללו מַקְנִים לחוקרים אפשרות 'לפרוץ' למוח (בהסכמת משתתפי המחקרים בלבד, בשיתוף פעולה עימם ולמטרה חיובית כמובן) כדי לשפר את חמשת החושים ולהרחיבם.
ביכולתנו להציץ על הַקְּשרים הנסתרים בין החושים ולהתרשם מהם אצל אנשים שניחנו בסִינֶסְתֶזְיָה. משמעות תופעה זו היא שגירוי של חוש אחד אצל אנשים אלה מוביל לגירוי בחוש אחר שלהם. סינסתזיה חזקה, למשל אנשים שרואים צבעים בזמן קריאת אותיות או רואים צורות (שלא נמצאות באמת) בעת האזנה למוזיקה, מצויה באחוז קטן מהאוכלוסייה. אך נראה כי צורה קלה יותר של סינסתזיה נפוצה הרבה יותר, מה שמוביל לפופולריוּת העצומה של סרטוני 'תגובת מִצְהָר חושית עצמאית' (Autonomous sensory meridian response -ASMR), השכיחים בכל רחבי האינטרנט. בסרטונים אלה אנשים מייצרים רעשים המעוררים בחלק מהצופים תחושות פיזיוֹת נעימות של זֶרֶם או עקצוץ. זאת למרות שבפועל לא מתקיים כל מגע עם הגוף, אלא רק מושמעים צלילים כמו לַחַשׁ, הַקָּשָׁה, קימוט נייר וכדומה. תחושות אלה מתעוררות בְּקֶרֶב אנשים רבים, בְּשֶׁל מה שנחשב לצורה חלשה של סינסתזיה. אם כן, מה ניתן לעשות עם הקשרים הנסתרים הללו בין החושים?
שמיעה דרך האצבעות
האם אי פעם האזנתם לְשִׁיר ובאמת הרגשתם את הקצב שלו? סביר להניח שכּן. היכולת לחוש צלילים מתועדת היטב בטבע (ראו איור 1A, B), וידוע כי חלק מהיצורים אפילו שומעים ללא אוזניים! מקורהּ של יכולת זו באופי הצליל עצמו. צלילים הם גלים שעוברים באוויר ונכנסים לאוזנינו. הגלים פוגעים בעור התוף שלנו, שמתנדנד ושולח את התנודות (רֶטֶט) למבנה המורכב משלוש עצמות זעירות באוזן התיכונה. עצמות אלה, המכונות עצמות הַשֵּׁמַע, מעצימות את תנודות הצליל, ושולחות אותן אל האוזן הפנימית. האוזן הפנימית הופכת את הרטט המכני לאות חשמלי הנשלח למוח דרך העָצָב. למעשה, האוזן הפנימית מלאה בנוזל ומרופדת בשערות מיקרוסקופיות. גלי הקול הנכנסים אליה יוצרים גל המניע את תאי השיער שָׁם. תנועת תאי השיער גורמת להיווצרות האות החשמלי. לאחר מכן האות נשלח לקליפת השמיעה במוח – הַקּוֹרְטֶקְס השמיעתי, על ידי עָצָב השמיעה.
- איור 1 - ערבוב בין חושים לשיפור יכולות אנושיות.
- מלמעלה למטה: A. במשך עשרות אלפי שנות אבוֹלוּציה, צרצרים פיתחו אוזניים על ברכיהם, אשר מַקְנוֹת להם שמיעה מעולה. B. לווּלְבֶּרִין, גיבור-העל מהיקום של מַארְוֶול, חברת הקומיקס האמריקאית, יש חושים משופרים בדומה לצרצרים. C. בני אדם יכולים להאיץ את האבולוציה ולרכוש יכולת שמיעה מעולה על ידי שילוב בין דיבור ומגע באמצעות טכנולוגיה מיוחדת. D. מחקרנו מצביע על כך שטכנולוגיה זו יכולה לשפר את השמיעה בסביבה רועשת ב-6 דציבלים ללא אימון (ערוך מתוך ואחרים, 2019). E. עוד מראה המחקר כי הטכנולוגיה האמורה מאפשרת להכפיל את יכולת השמיעה של אנשים בסביבות רועשות לאחר אימון קצר בלבד (ערוך מתוך Ciesla ואחרים, 2022).
אם קראתם בעיון, כנראה שמתם לב שבהסבר לעיל השתמשנו כמה פעמים במילה רֶטֶט. אין זה במקרה! הסיבה לכך היא כי רֶטֶט הוא הַמַּפְתֵּחַ לשמיעה. מצוידים ביֶּדַע זה, חוקרי המעבדה שלנו בנו מכשיר שיכול להמיר דיבור וצליל לרטט שמורגש על האצבעות (איור 1C). גילינו כי הרטט על אצבעות האנשים שהשתמשו במכשיר הגביר את יכולתם לשמוע דיבור או צליל. כמו כן הוא סיפק עלייה מיידית של 6 דֶּצִיבֶּלִים בשמיעה ללא כל אימון בשימוש במכשיר! כלומר, המכשיר שיפר את יכולת השמיעה של האנשים שהשתמשו בו באופן ניכר (ראו איור 1D). נוסף על כך לאחר שעה של אימון שמיעתי ואימון עם מכשיר זה, יכולות משתתפי המחקר לשמוע בסביבות רועשות, הוכפלו (איור 1E) [2].
משמעות הממצאים
התוצאות הראשוניות שאליהן הגענו מצביעות גם על כך שאזורים במוח המגיבים בדרך כלל לשמיעה, מתחילים להגיב לרטט. אנו מקווים כי ממצאים אלה יהוו קרש קפיצה לפיתוח חידושים שיעזרו לחירשים וללקויי שמיעה לשמוע, וכן יסייעו לכל אחד ואחת מאיתנו לשמוע טוב יותר בסביבות רועשות. השלכות של פיתוח כזה הן בלתי מוגבלות. כך למשל ניתן יהיה להשתמש בטכנולוגיה זו כדי לעזור לאנשים ללמוד שפה שנייה; לשפר את חוויית המשחק שלהם ולהיטיב חוויות של מציאוּת מדומה. לדוגמה, טכנולוגיה זו תאפשר לכם להרגיש ממש חֵפֶץ שפוגע בכם בצד ימין, או כדור שנזרק אליכם במשחק.
שמיעת טמפרטורה
האם אי פעם חשתם את חום המקלחת לפי צליל המים הזורמים עוד לפני שנכנסתם להתקלח? מחקרים מראים כי כנראה שכּן, אך לא ידעתם זאת! כשנשאלו על כך כחלק משאלון, כמעט כל המשתתפים ציינו שאינם מסוגלים לשמוע טמפרטורה. ובכל זאת, כשבדקנו את היכולת הזו על ידי הַשְׁמָעַת קולות של מים לאנשים, וביקשנו מהם לבחור אם המים שהם שומעים חמים או קרים, הם יכלו לזהוֹת חום ספציפי בדיוק מפתיע.
חִישַׁת טמפרטורה אף היא תופעה ידועה בטבע. נחשים צדים בלילה הודות ליכולתם לראות את החום המוקרן מֵהַטֶּרֶף שלהם (ראו איור 2A, B). ישנוֹ אפילו חוק בשם 'חוק דּוֹלְבֶּר' שמנסח את הקשר בין ציוץ צרצרים לבין הטמפרטורה בסביבתם – ככלל, נמצא כי צרצרים מצייצים מהר יותר ככל שחם יותר, ולאט יותר ככל שקר יותר. מחקר שנערך במעבדתנו מצביע על כך שגם אנשים לומדים לְקַשֵּׁר את טמפרטורת המים לצליל שהמים משמיעים בעת מזיגתם לכוס, למשל (איור 2C).
- איור 2 - ערבוב בין חושים במטרה לְפַתֵּחַ יכולות חדשות.
- מלמעלה למטה: A. לנחשים יש ראייה תֶּרְמִית, כלומר שקשורה בטמפרטורה או בחום. B. במשך עשרות אלפי שנות אבולוציה, נחשים פיתחו את היכולת לראות בחושך מוחלט על ידי זיהוי קרינה תת-אדומה (אינפרה-אדומה), ולכן הם נמשכים לחום שפולטים עצמים בסביבתם. C. יכולת זו דומה ליכולתו של סוּפֶּרְמֶן, גיבור-העל מבית DC קומיקס האמריקאית, שניחן בראיית רנטגן, ומסוגל לירות קרניים תֶּרְמִיוֹת מעיניו! D. כעת אנו חוקרים אם אנשים יכולים ללמוד להבדיל בין מים חמים ומים קרים לפי שמיעת צליל זרימת המים. אם התשובה לכך תימצא חיובית, הדבר ילמֵּד כי הם עשויים להיות בעלי חוש תֶּרְמִי באמצעות אינטגרציה רב-חושית.
המחקר שלנו הראה כי אנשים לומדים לשמוע טמפרטורה בלי שֶׁיְּלַמְּדוּ אותם לעשות זאת. אם כן, איך רוכשים את היכולת הזו? כנראה דרך האינטראקציה הרב-חושית היומיומית שלנו עם מזיגת מים. חִשְׁבוּ כמה פעמים ביום אתם שומעים מים ובו בזמן חווים את הטמפרטורה שלהם. לדוגמה, כאשר אתם מוזגים לעצמכם מים קרים כקרח או מכינים תה רותח; קופצים לבריכת שחייה קרה או נכנסים למקלחת חמה בבוקר. ממצאים אלה גרמו לנו לתהות אם נוכל להאיץ את האבולוציה באופן פעיל באמצעות למידה תפיסתית (ראו איור 2D). עד כמה מישהו יכול להיות טוב בשמיעת טמפרטורות לוּ היה מְאֻמָּן לעשות זאת? זהו נושא שאנו חוקרים כעת. חִשְׁבוּ על דברים נוספים בטבע שאפשר לְמַפּוֹת לצליל, אולי תופתעו ממה שמצאתם!
יצירת חוּשֵׁי-על חדשים
דַּמְיְנוּ מה היה קורה לוּ מורתכם באמת הייתה יכולה לראות את התעלולים שאתם מְבצעים בכיתה מאחורי גבהּ. אחד הפרויקטים שמעבדתנו חוקרת מרחיב את שדה הראייה ל-360 מעלות, תוך שהוא מַקְנֶה לאנשים את היכולת לראות באמצעות עיניהם מה שנמצא מולם, ובו בזמן לראות את מה שנמצא מאחוריהם באמצעות חוש אחר.
מחקר זה הצביע על כך שאנשים רוכשים רמות דיוק גבוהות באופן מפתיע כשהם 'רואים' מאחורי גביהם. במחקר זה, המידע הָרְאִיָּתִי מועבר למשתתפים כצלילים על ידי מכשיר הַתְמָרָה חוּשִׁית ההופך מידע ראייתי למידע שמיעתי (איור 3A, B). מכשיר זה מקבל מידע מחוש אחד (במקרה שלנו – מצלמה הלוכדת תמונה חזותית), ומשתמש באלגוֹריתם מיוחד כדי לתרגם את המידע המתקבל לחוש אחר (במקרה זה צלילים). כל פִּיקְסֶל של התמונה החזותית מתורגם לתווים קוליים בעלי גובה וזמן מסוימים, שמנוגנים על ידי כלי מסוים, ונשלחים לאוזניים בדומה למוזיקה [3] (ראו איור 3C). המחקר שערכנו הראה כי שימוש במכשיר התמרה חושית מפעיל את אזורי הראייה במוח לאחר תרגול רב. המשמעות היא כי אזורים אלה אינם משמשים רק לראייה באמצעות העיניים [4] (ראו איור 3D)!
- איור 3 - ערבוב בין חושים במטרה לפצות על חוש שחסר.
- מלמעלה למטה: A. לעטלפים יש יכולת לראות בעזרת אוזניהם, שאותה פיתחו לאחר עשרות אלפי שנות אבולוציה. הם עושים זאת על ידי הַחְזָרַת צלילים, תהליך המכונה אִכּוּן הֵד (אקוֹלוֹקציה, Echolocation). B. דַּרְדֵוִויל, גיבור-העל מבית מארוול קומיקס, הוא עיוור ומשתמש באיכון הד כדי לראות צלילים. C. המכשיר להתמרה חושית EyeMusic מאפשר לאנשים לראות באמצעות צלילים ברזוֹלוּציה של 1,500 פיקסלים. D. מחקרנו מראה כי אנשים שעברו הכשרה מקיפה על המכשיר להתמרה חושית יכולים להשיג רמות גבוהות של דיוק בזיהוי אובייקט, לרבּוֹת זיהוי מיקומו, צורתו וצבעוֹ [5].
מה ניתן ללמוד מממצאי מחקר זה וממחקרים נוספים
ממצאים אלה מצביעים על כך שהחושים שלנו אינם קשורים רק לאזורים מסוימים במוח. נוסף על כך המחקר מערער תיאוֹריה אחרת שאולי למדתם עליה – התיאוריה בעניין תקופות קריטיוֹת – במיוחד לגבי החושים. לפי תיאוריה זו, התפתחות החושים תלויה בחשיפה לגירויים הקשורים לחוש הרלוונטי בשנים הראשונות לחיים. תקופות קריטיות הן תקופות קצובות שאחריהן הַסְּבָרָה היא כי לא ניתן ללמוד יכולת מסוימת. רעיון זה מיוחס בעיקר לשני זוכים במשותף בפרס נוֹבֶּל לפיזיולוגיה ולרפואה לשנת 1981, דיוויד הוּבֶל וטוֹרְסְטֶן וִיזֶל. שני ביולוגים אלה גילו כי אם בעלי חיים לא חוו חוש מסוים בשבועות הראשונים לחייהם, הם לא יוכלו לפתח חוש זה מאוחר יותר בחיים. תקופה זו של חוויה חושית ידועה בתור התקופה הקריטית.
התיאוריה האמורה מאותגרת כעת על ידי עבודה שנערכה במעבדה שלנו ועל ידי חוקרים אחרים, לדוגמה, מחקרים שנערכו בהשתתפות ילדים שעברו ניתוח להֲסָרַת קָטָרַקְט בגילים שונים. מחקרים אלה מצביעים על כך שניתן לפתח את הראייה בגיל הרבה יותר מבוגר ממה שחשבו פעם, וכי ישנן כמה תקופות קריטיות בחיים, במקום אחת בלבד. אם אנשים יכולים ללמוד להשתמש בחושים בצורה שונה, למשל ראייה עם האוזניים, או שמיעה באמצעות מגע; או מסוגלים ללמוד לפתח חושים חדשים לגמרי אפילו בבגרותם, אולי התקופות הקריטיות בעצם לא כל כך קריטיות [6, 7]?
מחקרים מצביעים על כך שהמוח שלנו מאורגן בצורה מסוימת ומתפתח בצורה מסוימת. אולם ככל שאנו מגלים יותר כיצד בדיוק המוח מְחֻוָּט, כך אנו חושפים יותר את הקשרים בין החושים – קשרים שניתן להשתמש בהם לשיפור יכולות קיימות וליצירת יכולות חדשות. בשעה שחלק מהשיטות להגבּרה חושית כרוכות בתקופת אימון כמו ראייה בעזרת צלילים, אחרות אינן מצריכות דבר מֵעֵבֶר לשימוש בטכנולוגיה ייעודית החושפת את הקשרים בין החושים. כך במקרה של שמיעה בעזרת האצבעות.
השלכות הממצאים בחיי היום-יום
נוסף על התרומה של גילויים אלה למדע הבסיסי, קשת היישומים המעשיים שלהם נרחבת ומגוונת. בין השאר, סיוע ללקויי ראייה ושמיעה על ידי העברה של המידע מהחוש הלקוי/ החסר, או הגבּרתו, דרך חוש תקין וקיים. במוח ישנהּ תחרות תמידית על משאבים. למשל, במעבדה שלנו מצאנו בעבר כי אצל עיוורים שחוש הראייה שלהם אבד בגיל מוקדם, יכולת הזיכרון מתגברת וטובה הרבה יותר מזו של אנשים רואים. ייתכן כי שיפור כזה בזיכרון אצל מישהו שאין אצלו חוסר, יפגע ביכולת אחרת שלו. לכן ישנוֹ סיכוי כי הגבּרת יכולת חושית אחת תבוא במידה מסוימת על חשבון חוש אחר. מצד שני ייתכן למשל כי הגבּרת המוּדעוּת לכל הסביבה, כפי שאנו עושים ל-360 מעלות, תגביר את ההתמצאות במרחב לכל החושים, ותשפר את יכולת הניווט או ההתמצאות במרחב. היבט זה עדיין לא נחקר מספיק, ולא מן הנמנע כי ניסויים נוספים בעתיד יסייעו למצוא תשובות טובות יותר לסוגיה זו. בראשית המאה הקודמת כתב ויליאם ג'יימס, פסיכולוג ופילוסוף אמריקאי שנחשב אבי זֶרֶם הפוּנקציוֹנליזם בפסיכולוגיה, במאמרו 'The Energies of Men' שפורסם בכתב העת האקדמי 'Science': ''אנו עושים שימוש רק בחלק קטן מהמשאבים המנטליים והפיזיים האפשריים שלנו.''
המרוץ לגילוי המשאבים במוח שעדיין לא נעשה בהם שימוש, כבר הֵחֵל. מי יודע מה נוכל לחוש בעתיד? בעזרת שימוש בטכנולוגיה, בשילוב למידה תפיסתית, אנו ניצבים על סף הפיכה לבני אדם בעלי יכולות-על מדהימות!
מילון מונחים
סִינֶסְתֶזְיָה (Synesthesia): ↑ עירוב חושים – תופעה שבה גירוי של חוש אחד מוביל לגירוי בחוש אחר.
עָצָב (Nerve): ↑ חלק ממערכת העצבים ההיקפית, שמעביר אותות חשמליים מהמוח/ חוט השדרה לחלקים שונים בגוף.
הַקּוֹרְטֶקְס השמיעתי (Auditory Cortex): ↑ אזור במוח שנחשב באופן קלאסי לַחֵלֶק שבו מעובד מידע שמיעתי.
דֶּצִיבֶּלִים (Decibel): ↑ יחידת מידה המשמשת למדידת רמת העוצמה של צליל.
למידה תפיסתית (Perceptual Learning): ↑ שיפורים ביכולות החושיות המושׂגים כתוצאה מניסיון או הודות לאימון, תוך השוואה לניסיון העבר.
מכשיר הַתְמָרָה חוּשִׁית: ↑ מכשיר המעביר מידע שבדרך כלל נקלט באמצעות חוש אחד (לדוגמא ראיה), בעזרת חוש אחר (כמו שמיעה או מישוש).
אלגוֹריתם (Algorithm): ↑ סדרת הוראות קבועות שניתנות למחשב ומורות לו כיצד לבצע משימה מסוימת.
תקופות קריטיוֹת (Critical Period): ↑ פרק זמן בחייו המוקדמים של בעל חיים שבו עליו לחוות גירוי חושי מסוים כדי להשפיע על התפתחות מערכת העצבים, כך שאותו חוש יתפתח באופן תקין.
קָטָרַקְט (Cataract): ↑ בעברית יָרוֹד – מחלה שבה עדשת העין נעכרת באופן חלקי או מלא. מחלה זו גורמת לפגיעה בראייה ועשויה להוביל אפילו לעיוורון.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
תודות
מחקר זה בוצע בסיוע מענק המחקר ERC Consolidator Grant (773121 NovelExperiSense) וכן בסיוע המענק Horizon GuestXR (101017884) grant to AA.
מקורות
[1] ↑ Amedi, A., Hofstetter, S., Maidenbaum, S., and Heimler, B. 2017. Task selectivity as a comprehensive principle for brain organization. Trends Cogn. Sci. 21:307–10. doi: 10.1016/j.tics.2017.03.007
[2] ↑ Cieśla, K., Wolak, T., Lorens, A., Mentzel, M., Skarzyński, H., and Amedi, A. 2022. Effects of training and using an audio-tactile sensory substitution device on speech-in-noise understanding. Sci. Rep. 12:3206. doi: 10.1038/s41598-022-06855-8
[3] ↑ Abboud, S., Maidenbaum, S., Dehaene, S., and Amedi, A. 2015. A number-form area in the blind. Nat Commun. 6:1–9. doi: 10.1038/ncomms7026
[4] ↑ Maimon, A., Yizhar, O., Buchs, G., Heimler, B., and Amedi, A. 2022. A case study in phenomenology of visual experience with retinal prosthesis versus visual-to-auditory sensory substitution. Neuropsychologia. 2022:108305. doi: 10.1016/j.neuropsychologia.2022.108305
[5] ↑ Abboud, S., Hanassy, S., Levy-Tzedek, S., Maidenbaum, S., and Amedi, A. 2014. EyeMusic: Introducing a “visual” colorful experience for the blind using auditory sensory substitution. Restor Neurol Neurosci. 32:247–57. doi: 10.3233/RNN-130338
[6] ↑ Arbel, R., Heimler, B., and Amedi, A. 2022. Congenitally blind adults can learn to identify face-shapes via auditory sensory substitution and successfully generalize some of the learned features. Sci. Rep. 12:4330. doi: 10.1038/s41598-022-08187-z
[7] ↑ Hofstetter, S., Zuiderbaan, W., Heimler, B., Dumoulin, S. O., and Amedi, A. 2021. Topographic maps and neural tuning for sensory substitution dimensions learned in adulthood in a congenital blind subject. NeuroImage. 235:118029. doi: 10.1016/j.neuroimage.2021.118029