האם נצליח לפענח את שפת המוח?

הקשר בין פעילות התאים והרשתות העצביות לבין ההתנהגות של האדם ובעלי החיים עדיין נחשב בגדר תעלומה. הבנת הצופן הנמצא בבסיס השיח ביקום התוך-מוחי תפתח עידן חדש, שבו נוכל בין השאר ליצור ממשקי אדם-מכונה מתקדמים - ולא רק לצרכים רפואיים

שתפו בפייסבוק
שתפו כתבה במיילשליחת הכתבה באימייל
שתפו כתבה במיילשליחת הכתבה באימייל
מעבר לטוקבקיםכתוב תגובה
הדפיסו כתבה
 איור: דורון פלם
איור: דורון פלם
אסף רונאל
איור: דורון פלם
אסף רונאל
איור: דורון פלם

הקיץ בישרו כמה חוקרים על תגלית מרעישה: צבירים של תאי מוח שגידלו במבחנה הפיקו גלי מוח בדפוס שנראה דומה לזה של תינוקות שנולדו טרם זמנם. הדיווח הזה עורר תשומת לב תקשורתית רבה, והחלו דיונים בשאלה אם חוקרי מוח אכן מתקרבים לרגע "פרנקנשטיין", שבו הם יוצרים במעבדה אובייקט עם מודעות. אולם בדיונים הללו נשכחה לעתים קרובות נקודה מהותית אחת: לא רק שמדענים אינם יודעים מה המשמעות של דפוס גלי המוח שזוהה באברונים שנוצרו במעבדה, הם אפילו לא יודעים עדיין מה המשמעות של דפוס זה בבני אדם.

חמש שאלות גדולות שלמדע אין עדיין תשובה עליהן | לפרויקט המלא

בעיני פרופ' ידין דודאי, חוקר מוח ממכון ויצמן למדע וחבר האקדמיה הישראלית למדעים, שאלת ההבנה של משמעות דפוסי הפעילות במוח וכיצד הם משמשים לתפיסה של העולם ולתגובה לו, היא האתגר הגדול של מחקרי המוח. במלים אחרות, הגביע הקדוש של התחום הוא פענוח הצופן שאיתו מקודד המוח את עצמו ואת העולם.

"כמו ההנחה שיש דקדוק אוניברסלי שמשותף לשפות האנושיות, כך אני משער שיש גם דקדוק בסיסי לשפת המוח", אומר פרופ' דודאי. "הדקדוק הזה הוא המסד לניבים של 'שפות תוכנה' מוחיות שהתפתחו כנראה במהלך האבולוציה לצרכיהן של פעולות מוח שונות". פרופ' דודאי מדגיש כי אף שמדובר בשלב זה בהשערה בלבד, כל המדעניות והמדענים שעובדים עם חיות כמודל להבנת המוח מתבססים למעשה על הנחת היסוד שיש מרכיבים משותפים לשפת הפעולה של המוח בכל בעלי החיים. לכן, הבנת מנגנון בסיסי מסוים בחיית מודל מסייעת להבנה של מוח האדם.

פרופ' ידין דודאי
פרופ' ידין דודאיצילום: תומר אפלבאום

פרופ' דודאי: "כמו ההנחה שיש דקדוק אוניברסלי שמשותף לשפות האנושיות, כך אני משער שיש גם דקדוק בסיסי לשפת המוח"

חשיבות ההבנה הזו, מסביר פרופ' דודאי, אינה אינטלקטואלית בלבד. היא חיונית כדי לאפשר יצירה של ממשק אדם-מכונה מפורט, אמין ומדויק. "יש היום דרכים שונות להעביר מידע למוח, גם לא פולשניות", הוא אומר. "אולם הבעיה היא שהמידע לא מועבר בשפה וברזולוציה הנכונות". לדעתו, המטרה השאפתנית ביותר של מחקר המוח בעתיד הנראה לעין צריכה להיות רכישת הבנה מלאה של השיח ביקום התוך-מוחי, ואז ייפתח עידן חדש בתולדות המין האנושי, שבו נוכל בין השאר ליצור ממשקי אדם-מכונה מתקדמים למגוון מטרות – בעיקר לשם פתרון בעיות רפואיות, אך גם לשיפור יכולות תפיסה ולימוד.

ציון דרך חשוב במחקר על השיח הזה, מספר פרופ' דודאי, היה במאמר שהתפרסם ב-1959 תחת הכותרת: "מה עין הצפרדע מספרת למוח הצפרדע". מכשירי המדידה היו קיימים הרבה קודם לכן, אולם המאמר הביא לפריחתו של שדה מחקר שבו מחברים מכשיר רישום חשמלי לאזור במוח שתפקידו הכללי מוכר (למשל ראייה), מציגים גירויים פשוטים שמיועדים להפעיל את האזור הנמדד ומחפשים מיתאם בין פעילות התא הנמדד לצורת הגירוי. עבור מחקרים כאלה הוענק פרס נובל לרפואה ופיזיולוגיה ב-1981.

מאז, מוסיף פרופ' דודאי, היתה התקדמות עצומה ברזולוציה של מכשירי הרישום והעירור (גירוי) של הפעילות המוחית. בשנים האחרונות הצטרפה לארגז הכלים הזה גם האופטוגנטיקה: היכולת להחדיר גנים לחיות מודל, שמאפשרים לחוקרים לשלוט במדויק ובמהירות הבזק בפעילות תאי מוח בעזרת מתגי חלבון זעירים להפעלה וכיבוי, הנשלטים על ידי אור. זאת, לצד שיטות משלימות המאפשרות שליטה במתגים אלה בעזרת תרופות.

בשנים האחרונות יש גם התקדמות בשיפור כלי ההדמיה הלא-פולשנית שמאפשרים מחקרים של צפנים וייצוגים במוח האדם, כמו למשל סורקי מוח מסוג fMRI המודדים שינויים בזרימת הדם לאזורים במוח. ואולם, אומר פרופ' דודאי, "עד היום לא ברור בדיוק מה הקשר בין זרימת הדם הנמדדת לפעילות החשמלית במוח". לדבריו, כיום מנסים להשתמש במכשירי מדידה אלה כדי למדוד משתנים נוספים, כמו חילוף החומרים בתאי מוח.

פרופ' דודאי: "יש המון מחקרים מרהיבים על מה קורה בתאים וברשתות עצביות במוח היונק. אולם הקשר בין הפעילות במוח לתוצר – להתנהגות - פחות ברור"

לצד ההתקדמות בכלי המדידה, יש התקדמות משמעותית גם בפיתוח הכלים החישוביים שמאפשרים לעשות סדר בכמות המידע העצומה שנצברת. "פעמים רבות צוואר הבקבוק הוא לא איסוף המידע, כי אם עיבודו", אומר פרופ' דודאי.

ואולם, אלו לא מספיקים כדי לפענח את הקשר בין פעילות חשמלית במוח להתנהגות, ויש לשכלל גם את כלי המדידה של הפעילות ההתנהגותית. "יש המון מחקרים מרהיבים על מה קורה בתאים וברשתות עצביות במוח היונק. אולם הקשר בין הפעילות במוח לתוצר – להתנהגות - פחות ברור", אומר פרופ' דודאי. השיפור בכלי המדידה והניתוח הקשר, הוא מסביר, כבר הביא להישגים מרשימים, כמו זיהוי תאי המוח המקודדים מעין GPS במוח – גילוי שעוטר בפרס נובל לרפואה ופיזיולוגיה בשנת 2014.

בניסויים מסוימים כבר הצליחו לקשור בין פעילויות מוח האדם להתנהגות ספציפית ולהשתמש במידע כדי להפעיל התנהגות, אך ההתקדמות נעשית בצעדי תינוק. כך למשל, כשהצליחו לקרוא את פעילות המוח של אנשים משותקים לחלוטין ולתרגם אותה למחשב שיניע איבר מסוים. "אנחנו בדרך הנכונה לקשור בין פעילויות מסוימות במוח להתנהגויות, אך הרזולוציה עדיין נמוכה", אומר פרופ' דודאי.

החוקר ממכון ויצמן מודה שהציפייה להבנה מלאה של המוח היא אידיאליסטית מעט, וייתכנו קיצורי דרך. כך למשל, שימוש בבינה מלאכותית הצליח להביא להתקדמות בפענוח הקשר בין פעילות מוחית להתנהגות. במחקר שהתפרסם לפני חודשים אחדים הצליחו חוקרים לתרגם באופן מרשים למדי פעילות מוחית לדיבור בעזרת שתי מערכות בינה מלאכותית. הראשונה תרגמה את פעילות המוח לתזוזות שרירי מיתרי הקול, והשנייה את תנועות השרירים בגרון לצלילים.

אך הבעיה באחדות מן הגישות הללו של בינה מלאכותית היא לא רק שלא ברור אם המוח עצמו עובד בצורה דומה למערכת המלאכותית, וכנראה שלא, אלא גם שהחוקרים "משסים" את המחשב במאגר נתונים ומבקשים ממנו לעשות בו סדר בדרך שמשאירה שלבים פרטניים של התהליך כ"קופסה שחורה" – בלתי נגישים לחלוטין. לדעתו של פרופ' דודאי היעדר הבנה מלאה של כל פרטי מציאת הפתרון עשויה לבלום התקדמות הלאה.

מעבר לכך, הבנה חלקית של כל תהליך ביולוגי פותחת פתח לתופעות לוואי הרסניות. לדוגמה, פרופ' דודאי מזכיר כיצד קבוצת המחקר שלו זיהתה בשנות ה-90 קולטן במוח שחיוני לפעולת הלמידה. קבוצת מחקר אחרת, בפרינסטון שבארה"ב, הינדסה בעקבות כך עכברים טרנסגניים עם מספר רב של עותקים של אותו קולטן. החוקרים האמריקאים גילו כי אכן, העכברים המהונדסים למדו מהר יותר, אולם כעבור זמן הסתבר כי גם סף הכאב שלהם ירד והפך את חייהם לעינוי. "אם לא מבינים בדיוק מה המוח עושה, ההתערבות עלולה לגרום להפתעות קשות".

למרות האתגרים, פרופ' דודאי משוכנע שההבנה של הצופן של שפת המוח נמצאת בהישג יד. "פיתוח המכשור הנדרש ויכולות עיבוד המידע מתקדמים מהר. היום בונים את הכלים שיאפשרו בעתיד לחוקרות ולחוקרים הבנה של הדקדוק הפנימי של המוח ושליטה באוצר המילים התוך-מוחי כבשפת אמם. זו תהיה מהפכה בקנה מידה אבולוציוני".

תגובות

הזינו שם שיוצג באתר
משלוח תגובה מהווה הסכמה לתנאי השימוש של אתר הארץ