הינך נמצא כאן

מילים נרדפות

באיזו שפה מדברים ביניהם תאי העצב במוח?
01.12.2015

מדעני המכון גילו שתאי המוח משתמשים ב"מילים נרדפות", השונות במבנה אך דומות במשמעותן לתיאור גירויים דומים מאוד או זהים. ייתכן שדרך פעולה זו התפתחה כדי לאפשר תקשורת יעילה במערכות "רועשות״.
 
פרופ' אלעד שניידמן. דיבור צפוף
 
תאי העצב במוחנו מתַקשרים ביניהם בשפה שבה ה״מילים״ מקודדות בתבניות של פעילות חשמלית משותפת. אפשר לנסות לבנות "מילון" שיאפשר לנו לתרגם את המילים האלה לתמונות או לצלילים שחווינו או למחשבות שהן נושאות, או מייצגות, אבל ניסיון ללמוד מה"מילון" הזה את חוקי השפה יהיה לא מעשי: יש מספר עצום של מילים אפשריות בשפה זו. מחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע, שהתפרסם בכתב-העת המדעי eLife, מראה כיצד הרכבת "תזאורוס", כלומר מילון למילים נרדפות, לשפת המוח, יכולה לאפשר לנו להבין מילים שלא הופיעו לפני כן. ממצאי המחקר מגלים, שאוצר המילים אשר משמש את תאי העצב כאשר הם משדרים מידע, עשיר במילים נרדפות. פרופ' אלעד שניידמן, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, מסביר שייתכן כי אופן ארגון הצופן העצבי שחשפו הוא וחברי קבוצת המחקר שלו התפתח כדי לאפשר למוח לפענח מידע ולפרש קלט חדש. מבנה השפה שזיהו המדענים דומה מאוד לתכנון של מערכות תקשורת טכנולוגיות, אשר תוכננו לקליטה ולפענוח של אותות על רקע רעש.

פרופ' רונן שגב   ד"ר אלעד גנמור
 
פרופ' שניידמן, שביצע את המחקר עם תלמיד המחקר (אז), ד"ר אלעד גנמור, ועם פרופ' רונן שגב מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, מסביר כי תאי עצב פועלים ביחד בקבוצות גדולות: מאות או אלפים מהם יכולים "לירות" אותות חשמליים ביחד בחלקים שונים של אזורי פעולה במוח, ופירוש הדבר שכמות התבניות שיכולות להיווצר מצירופי ה"אפס והאחד" (כלומר, תאי עצב פעילים ושקטים) מגיעה למספר בלתי-נתפס בגודלו. בנוסף לכך, התאים אינם אמינים, וחלק מפעילותם הוא אקראי, כך שעל אף שכל תא עצב שָקֵט רוב הזמן, הרי שכאשר יש מיליוני תאים, רשתות התקשורת של המוח רועשות מאוד. פרופ' שניידמן ושותפיו למחקר התמקדו במבנה הסמנטי אשר מונח בבסיס הפעילות הזאת, וכן בכללים ובתחביר אשר שולטים בתקשורת המוחית.
 
אחת הבעיות הייתה הקושי להתמקד בעת ובעונה אחת במקבץ גדול של תאי עצב. כדי לפתור את הבעיה, נרשמה במעבדות של פרופ׳ שגב הפעילות החשמלית ממאות תאים של הרשתית – רשת תאי העצב בחלקה האחורי של העין. בניסוי הוקלטו תבניות ה"ירי" של התאים בעת שנחשפו לסרטוני וידאו קצרים באורך של 10 שניות, שהוקרנו כשסדרה של קטעי סרטים חוזרת על עצמה במשך מאות פעמים. בדרך זו מדדו המדענים את תבנית הירי של קבוצת תאי עצב, בתגובה לכל חלק של הסרטון.
 
ככל שהסרטונים הוקרנו שוב ושוב, התברר שתאי העצב בפיסות הרקמה מגיבים לאותה תמונה ב"מילים" שונות. בחינה מדוקדקת יותר העלתה, שלעיתים היה מדובר ב"איות" חלופי" בלבד – הבדל של אות אחת או שתיים – אולם תכופות היו אלה מילים שונות לחלוטין. "הרעיון המקובל היה שהבדל קטן באיות אינו משנה את המשמעות", אומר פרופ' שניידמן, "אבל הממצאים לא איששו את ההנחה הזאת. ההבדל בין המלה 'תפוח' למלה 'תנוח' מתמצה אמנם באות אחת, אבל הבדל המשמעות הוא גדול. פעמים רבות נראה שתאי העצב השתמשו במילים נרדפות שונות מאוד במבנה שלהן כדי לתאר אותו דבר, כמו 'מנורה' או 'לפיד' לצד 'אור'".
 
באמצעות ניתוח התגובות השונות לכל תמונה בסרטון הצליחו חברי צוות המחקר ללמוד את אשכול המילים הנרדפות לכל גירוי. תכנון קודים בהנדסת מערכות תקשורת יכול להציע הסבר לארגון כזה של "אשכול מילים נרדפות". מסביר פרופ' שניידמן: "אם היינו משרטטים מעין גרף שישקף את המירווח בין כל המילים העצביות האפשריות, הוא היה מראה כיצד מלה מסוימת קרובה מספיק כדי שאפשר יהיה לכלול אותה באשכול הסמנטי שלה, אבל רחוקה מספיק מאשכולות אחרים, כדי למנוע בלבול. שיטה זו משמשת להעברת מידע במערכות רועשות מעשה ידי אדם".
 
כדי לבחון את הרעיון, הראו חברי הצוות לתאי העצב סרטון חדש, והקליטו את התגובות. לאחר ששילבו את התגובות החדשות הללו במודל אשכולות המילים הנרדפות, הם הצליחו "לתרגם" את תבניות הירי החדשות בחזרה לתיאור הדימויים החזותיים שהופיעו בסרטון.
 
התובנה החדשה הזו באשר לשפת המוח עשויה להיות צעד חשוב במאמץ לפצח את כללי התחביר של המוח. מספר התבניות האפשריות שיכולות להתעורר בזכות תאי העצב במוח הוא כה עצום, עד שכל תבנית עשויה להופיע פעם אחת בלבד במשך החיים של אורגניזם מסוים. פרופ' שניידמן סבור שפירוש הדבר הוא, שהמוח משתמש ללא הרף במילים חדשות: "אנו לומדים להבין שרעש הוא תכונה מרכזית של שפת המוח שלנו, ולא כשל (bug) במערכת, כך שמילון למילים נרדפות עשוי להיות כלי שיאפשר לנו ללמוד לפענח סוגים אחרים של ייצוג מידע, למידה, וחישוב במוח". 
 
הרזולוציה של הפלט של הרשתית בעין האדם היא בערך 1,000,000 פיקסלים - כמספר תאי העצב השולחים מידע אל המוח בעצב הראייה. לשם השוואה, הרזולוציה של המצלמה בטלפון סלולרי היא פי 10 מזה, ולפעמים יותר.
 
#מספרי_מדע

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם