דרך המקרה

01.06.2007
מימין: אליק מוקאיצב וד"ר אילן למפל. תקשורת
 
 
כיצד אנו רואים את סביבתנו? כיצד מיוצגים במוחנו מראות, צלילים וריחות? שאלות אלה מעסיקות חוקרי–מוח רבים במאה ה-21. אולם בתחום זה של המדע, פתרון התעלומה עדיין רחוק. במסגרת המאמץ המרתק והמתמשך להבנת המוח עולות תיאוריות שונות, שלעיתים מאוששות, ולעיתים נסתרות בניסויים. ד"ר אילן למפל, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, הטיל באחרונה ספק במשמעות תוצאות שהתקבלו בניסויים, ותמכו באחת התיאוריות המובילות באשר לאופן שבו המידע מיוצג במוח. ממצאי מחקרו בעניין זה התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Neuron.
 
בדומה לדרך שבה התקנים אלקטרוניים מעבירים מידע, גם במוח מועבר המידע באמצעות דחפים חשמליים מהירים העוברים לאורך סיבי תאי העצב (נוירונים), וגורמים להפעלה של תאים נוספים ברשת העצבית. השאלה היא, כיצד המידע, המאפשר לנו לקלוט ולהבין את סביבתנו, מיוצג בדחפים החשמליים האלה?
 
שתי תיאוריות עיקריות הוצעו עד כה באשר לאופן ייצוג מידע במוח. על-פי הגישה הראשונה, המידע שמעבירים הנוירונים מקודד במספר הדחפים החשמליים המועברים דרכם ביחידת זמן או בקצב הממוצע שבו הם מופיעים. על-פי התפיסה השנייה, המקובלת פחות, הרשתות העצביות יכולות לייצר דפוסים מדויקים של דחפים חשמליים, המייצגים סוגים שונים של עיבוד מידע. לדוגמא, המוח יכול להבדיל בין כיסא לשולחן, שכן כל אחד מהם מיוצג באמצעות דפוס-פעילות חשמלית שונה ברשת הנוירונים. תיאוריה זו מניחה גם, שכאשר המעגל העצבי חוזר ופוגש אותו עצם מספר פעמים, בכל פעם הוא מייצר דפוס זהה באופן מדויק ומבוקר.
 
ד"ר למפל היה שותף, בעבר, לניסויים שתמכו בתיאוריה זו, והראו את חזרתם הנשנית של דפוסים שנמשכים שנייה ואף יותר (פרקי זמן ארוכים במונחים של עיבוד מידע במוח). אך הופעתם החוזרת והמדויקת של דפוסים העלתה בו ספק. "תוצאות ניסויים אכן הראו, שהמוח מסוגל ליצור דפוסים החוזרים באופן מדויק ומרשים", הוא אומר, "אבל אני חזרתי ושאלתי את עצמי, כיצד המערכת העצבית יכולה לחזור ולייצר אותו דפוס באמצעות התקשורת העצבית בין התאים, אשר ידועה באמינותה הנמוכה? זה פשוט נראה לא הגיוני".
 
לאחר שהצטרף למכון ויצמן למדע, החליט ד"ר למפל לבחון את ממצאי הניסויים מחדש. יחד עם חברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה, הוא פיתח אלגוריתמים ותוכנות מחשב שאיפשרו ניתוח של דפוסים אשר מיוצרים במערכת הנוירונים בקליפת המוח (השכבה העליונה של המוח המעורבת בתהליכים קוגניטיביים גבוהים), שאותם מדד בחולדות מורדמות. הם ניתחו את הנתונים באמצעות שלוש שיטות שונות שנועדו לערבל את האותות, כדי לקבוע האם הדפוסים החוזרים, אשר מתקיימים כשנייה אחת, מיוצרים באופן אקראי או באמצעות מנגנונים מבוקרים.
 
אפילו אחרי שעירבלו את המדידות בדרכים שונות במטרה לייצר אותות אקראיים, וניתחו אותן מחדש, לא מצאו המדענים שום הבדל בין מספר הדפוסים החוזרים או פרקי הזמן שבהם הדפוסים שונים חוזרים על עצמם, לבין תוצאות המדידות המקוריות. ממצא זה הוביל אותם למסקנה, שהדפוסים נוצרו באופן אקראי, ולכן אופן יצירתם אינו מחייב הכוונה באמצעות מנגנונים מבוקרים.
 
אם אכן כך הדבר, כיצד ניתן להסביר את הופעתם החוזרת של דפוסים זהים? הדבר דומה לבחירה חוזרת של צירוף מספרים מסוים בהגרלת לוטו שבה יש מספר מצומצם של אפשרויות, דבר המגדיל את הסיכוי שאנשים יבחרו אותו דפוס של מספרים. "למעשה", אומר ד"ר למפל, "המדידות שלנו הראו שקיים מיגוון מצומצם של דפוסים חשמליים, ולכן בלתי-נמנע שדפוסים אלה יחזרו על עצמם באופן מקרי".
 
תוצאות מחקר זה תורמות לדיון המתמשך בקרב הקהילה המדעית החוקרת את אופן הקידוד של מידע במוח. ד"ר למפל: "מהרגע שבו הוצעה התיאוריה, בשנות ה-80 של המאה הקודמת, האמינו חוקרים רבים שבידיהם עקרון-המפתח להבנת פעולת המוח. אך במהלך שלוש שנים בלבד מצאנו ראיות חזקות לכך שחזרות מדויקות של דפוסים נוצרות במקרה. עם זאת, העובדה שלא מצאנו דפוסים מבוקרים בתנאי הניסויים שביצענו אינה פוסלת את האפשרות שדפוסים לא אקראיים יימצאו בתנאים אחרים, אם כי כמובן, יהיה צורך בניתוח קפדני, כדי להראות שלא רק המקריות פועלת כאן".
 
במחקר זה השתתפו תלמידי המחקר אליק מוקאיצב מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע ומהמחלקה למדעי המחשב של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב, וכן עמרי ברק ויונתן כץ, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, ד"ר מיכאל אוקון מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע ומהמחלקה למדעי המחשב של האוניברסיטה העברית, וד"ר אוהד בן-שחר מהמחלקה למדעי המחשב של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב.
 
דוגמה לניתוח דפוסי הפעילות החשמלית של תאי עצב בקליפת המוח. הגרף מראה את פעילותו החשמלית של נוירון יחיד (בריבוע משמאל למעלה) שלא קיבל כל גירוי חיצוני, כפי שנמדדה במשך 10 שניות. פעילות זו משקפת דחפים חשמליים הנוצרים על-ידי נוירונים רבים ברשת העצבית המקומית. למטה: הגדלה של התוצאות שהתקבלו במשך שנייה בודדת, המראה את שינויי הפעילות החשמלית ברזולוציה גבוהה יותר
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם