שורשי האשליה

01.06.2004
פרופ' עמירם גרינולד. הצופן של המוח
 
 
תעלול חזותי ידוע מתחולל כאשר אנו מביטים בריבוע, שמתחלף לפתע במלבן מוארך. בפועל, הריבוע נמחק והמלבן מופיע, אבל לנו נראה שהריבוע מתארך בהדרגה עד שהוא הופך למלבן.
 
מדוע זה קורה? מה זה אומר על יכולתו של המוח לנתח, לעבד ולהבין את המציאות לאשורה, על פי הנתונים שמועברים אליו מאיברי החישה, כגון העין? פרופ' עמירם גרינולד וד"ר דריק ינקה, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, גילו באחרונה מה גורם למוח לטעות בהבנת המציאות של הריבוע המתחלף במלבן. ממצא זה, שיש לו השלכות מרחיקות לכת על אסטרטגיות עיבוד הנתונים במוח, פורסם באחרונה בכתב העת המדעי NATURE .
 
מחקר זה מהווה ציון דרך במאמץ מדעי מתמשך לפיענוח הצופן העצבי של המוח, דבר שיאפשר להבין את עקרונות הפעולה הבלתי-ידועים של "מערכת ההפעלה" של המוח. פרופ' גרינולד אומר, שפיענוח הצופן העצבי יביא לקפיצת מדרגה בחקר המוח, בדומה להתפתחות המהירה שחלה בביולוגיה המולקולרית בעקבות פיענוח הצופן הגנטי. הדימות האופטי תורם גם לפיתוח עידן חדש בתחום הרפואה.
 
בעבר גילו פרופ' גרינולד וחברי קבוצת המחקר שלו, כי קבוצות תאים המעבדות נתונים שונים במוח מאורגנות בהקשרים גיאומטריים קבועים, כלומר, שעיבוד המידע במוח מתבסס על חלוקה גיאומטרית-מודולרית של קבוצות תאים מוגדרות, החוזרת על עצמה שוב ושוב. כך, לדוגמה, קבוצת תאים העוסקת במטלה ייחודית יוצרת מבנה מרחבי אופייני, המשתלב - תוך שמירה על הקשר גיאומטרי קבוע - במבנה אחר, שנוצר על-ידי קבוצת תאים אחרת, המטפלת בעיבוד חלקים אחרים של המידע. למשל, כאשר המוח קולט מידע חזותי, קבוצות התאים המעבדות את ממד העומק משתלבות כמעין לבני משחק לגו, או תצרף (פאזל) בקבוצות תאים העוסקות בעיבוד צבע, ובקבוצות תאים אחרות המעבדות את נתוני הצורה. השילוב הגיאומטרי-מודולרי המדויק, החוזר ונשנה, של כל מרכיבי ה"תצרף" האלה, יוצר במוח מעין מערך אדיר של "מיקרו-מעבדים" זהים במבניהם ובצורתם. מעבדים כאלה מכסים את כל שדה הראייה, כשהם מפרקים את התמונה למרכיביה השונים (עומק, תנועה, צבע ותכונות חזותיות אחרות), מעבדים כל תכונה בנפרד, ולאחר מכן בונים את תפיסת הראייה באזורים עילאיים במוח.
 
תגלית זו, וכן תגליות נוספות, בוצעו באמצעות מערכת ייחודית לדימות אופטי שפיתח פרופ' גרינולד. המערכת מבוססת על מצלמה מהירה ורגישה במיוחד, ועל סדרה של צבעים שפותחה במעבדתו של גרינולד בידי הכימאית ד"ר רינה הילדסהיים. צבעים אלה, הנצמדים לקרום תאי המוח החיים, משנים את עוצמת זריחתם (פלואורסצנסיה) על פי רמת פעילותם של התאים. המצלמה המהירה מסוגלת להבחין בשינויי הצבע האלה, וכך יכולים החוקרים לדעת איזה תא "יורה" אות עצבי חשמלי, ומתי בדיוק הוא עושה זאת. היתרון העיקרי בשיטת צפייה זו מתבטא בכך, שהיא מאפשרת לקלוט את הפעילות החשמלית של מיליוני תאים יחד, בזמן אמת, במקום לבצע מעקב אחר כל תא עצב בודד באמצעות מגע חשמלי (אלקטרודה). עיבוד הנתונים הנאספים במערכת זו מאפשר לחוקרים למפות במדויק את פעילות המערכים התיפקודיים של רשתות העצבים במוח.
 
ייחוד חשוב נוסף של המערכת והשיטה שפיתח פרופ' גרינולד מתבטא בכך, שהיא מאפשרת להבחין בפעילויותיהם של תאי העצב במוח גם כשהם עוסקים ב"תיחול (PRIMING) של שיגור אותות עצביים. במילים אחרות, המערכת אינה מוגבלת להבחנה דו-ממדית צרה בין תא ש"יורה" אות עצבי (אות על-ספי) לתא שאינו "יורה" (מצב תת-ספי), אלא היא מסוגלת להבחין במצבי ביניים רבים המתחוללים מתחת לסף השיגור של האות העצבי. יכולת זו איפשרה לפרופ' גרינולד ולחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה לזהות מצבים שונים של תאים, שלכל אחד מהם חסרה כמות שונה של פעילות כדי להגיע לסף שממנו התא "יורה" ומשגר אות עצבי חשמלי אל חבריו ברשת. כך עלה בידם למפות מחדש את קבוצות התאים האחראיות לניתוח הנתונים של תופעות חזותיות שונות (תנועה אנכית, תנועה אופקית, צבע, ועוד).
 
כאן אפשר לחזור לתעלול החזותי שבו פתחנו. מה גורם למוח "לחשוב" שהעין צפתה באירוע של תנועה, שהריבוע מתארך בהדרגה והופך למלבן? החוקרים הבחינו בסף מדורג שתמונת הריבוע יוצרת בקליפת המוח, דבר שגורם לכך שהמרחק עד הסף הקריטי (לשיגור אותות עצביים) הולך וגדל בהדרגה, ככל שמתרחקים ממקום הפעילות העל-ספית של הריבוע עצמו. עם הופעת המלבן המוארך מופיעה פעילות נוספת שחוצה את הסף בהדרגה ככל שמתרחקים מהמוקד הראשוני. לכן נוצרת אשליה של תנועה. באיזו חוליית עיבוד במוח, בדיוק, מתחולל ה"כשל" הזה בעיבוד המידע? מדענים רבים סברו, שעיבוד תכונת התנועה נעשה בקבוצת תאים המצויה ב"עומק" מערכת עיבוד נתוני הראייה במוח, שעד כה התגלו בה לא פחות מ-36 תחנות עיבוד הפועלות בזו אחר זו. אבל הודות לשיטת הדימות האופטי הייחודית, המסוגלת למפות קלט תת-ספי, שפיתח פרופ' גרינולד, הצליחו המדענים לגלות שכשל שיכול לגרום לאשליית תנועה, מתחולל כבר בתחנת העיבוד הראשונה במוח.
 

העתיד כבר כאן

מחקריו בתחום חקר המוח זיכו את פרופ' גרינולד באחרונה בפרס דן דוד. פרופ' גרינולד הוא הישראלי הראשון הזוכה בפרס בין-לאומי יוקרתי זה. פרס דן דוד, המנוהל ע"י אוניברסיטת תל-אביב, נחלק לתחומי העבר, ההווה והעתיד. פרופ' גרינולד, שזכה בפרס בתחום העתיד, קיבל אותו על מחקריו שבהם גילה הצטיינות בולטת ורבת הישגים, מקוריות, יצירתיות, פריצת תחומים ותרומה לאנושות. בתחום חקר המוח התחרו על הפרס השנה עשרות מועמדים מ-17 מדינות. בוועדת ההיגוי של הפרס, הנשענת על מומחים מהבכירים בתחומם, חברים, בין היתר, פרופ' איתמר רבינוביץ', נשיא אוניברסיטת תל- אביב, ד"ר ברוס אלברטס, נשיא האקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב, פרופ' יהושע יורטנר, לשעבר נשיא האקדמיה הישראלית למדעים, וד"ר הנרי א' קיסינג'ר, לשעבר מזכיר המדינה של ארצות הברית.
 
תבניות של פעילות תת -ספית, המתפתחות עם הזמן בתאי העצב (בשורה העליונה), יוצרות תחושה שגויה של תנועה (בשורה האמצעית). החילוף המציאותי בין הריבוע למלבן נראה בשורה התחתונה
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם