• Guest Post

חקר המוח: מאז ועד מחר [חלק ב]

בחלק א של הסקירה ראינו איך חקר המוח התקדם במשך אלפי שנים. עכשיו הגיע הזמן לדון בשאלות המעניינות - מה קורה היום ומה הכיוון לעתיד?


איפה אנחנו היום?


בראשית מדעי המוח כללו בעיקר את תחום הנויורביולוגיה, העוסק בביולוגיה של תאי העצב הקרויים נוירונים ומרכיבים את המוח. עד סוף המאה שעברה, חוקרי המוח וחוקרי ההתנהגות שהו במחלקות אקדמיות נפרדות ונקודות הממשק בניהם היו ספורות. בשנים האחרונות חילחלה ההבנה שחקר המוח וההתנהגות כרוכים זה בזה ויכולים להיתרם רבות זה מזה. עם השנים תחום המחקר של חקר המוח תופס תאוצה ומפותחת שיטות מחקר ייחודיות לו. ההגדרה הכללית ביותר המקובלת כיום של מדעי המוח היא מדעים בין-תחומיים, החוקרים את היבטיה השונים של מערכת העצבים בבעלי חיים ובבני אדם. תחום המחקר מאופיין כרב-תחומי כאשר הוא מאגד תחתיו גם נוירביולוגים, פסיכולוגים, בלשנים, פיזיקאים חוקרי בינה מלאכותית ועוד.



את הההתפתחות בתחום למן ימיו הראשונים, ניתן לייחס לשני כוחות עיקריים: כל כמה שנים ישנה קפיצה במחקר בעקבות התפתחות טכנולוגית ויצירתם של כלים חדשים, במקביל לעבודה הסיזיפית של חוקרי מוח רבים וטובים שכל אחד מהם מוסיף עוד פיסה בדרך לפתרון התעלומה המופלאה של המוח האנושי.


ההתפתחות הטכנולוגית איפשרה יצירת מכונות לא פולשניות המספקות מידע מפורט על המוח או על הפעילות המוחית. מכשיר ה-EEG רושם את הפעילות החשמלית במוח בזמן אמת, באמצעות אלקטרודות המוצמדות לגולגולת ומהן מתקבלים דפוסים המכונים גלי מוח. מכשיר ה-MRI מבצע סריקות דימות מבוסס תהודה מגנטית המאפשר הבנה של האנטומיה במוח וכן הבחנה באזורים הפעילים במוח לנוכח גירויים ומטלות שונות. קיימים גם כלים נוספים בהם עושים שימוש נרחב להדמיה כמו CT (טומוגרפיה ממחושבת המבוססת על קרני רנטגן). סריקת ה-PET משקפת את רמת הפעילות של אזורים שונים במוח בנקודת זמן מסויימת באמצעות שימוש בחומר רדיואקטיבי.


אם זה לא מדהים מספיק, פותחו גם שיטות שנועדו להשפיע על הפעילות המוחית (ולא רק למדוד אותה) בהן ה-TMS, גירוי מגנטי חוץ גולגלתי. TMS עושה שימוש בהשראה אלקטרומגנטית על מנת לייצר דחפים עצביים באזור מסויים בקליפת המוח, ובכך להשפיע על הפעילות המוחית (למשל לגרום ליד ימין לקפוץ). ה-DBS הוא גירוי מוחי עמוק, שככלל משמש ככלי טיפולי בו מושתלות אלקטרודות במוח הנשלטות על ידי קוצב השולח גירוי חשמלי לאותו אזור. גדולתו מבחינה מחקרית הוא שהוא מאפשר לשלוט מבחוץ בזמן אמת על הגירוי החשמלי בעוד האדם / החיה מסתובבים בחופשיות.


כדי ללמוד יותר על הקישוריות בין הנוירונים ואופן ההולכה, פותחו מולקולות מיוחדות שנספגות בנוירון מסויים וניתן לעקוב אחר תנועתן באקסון (סיב עצב המשמש כשלוחה של הנוירון). שיטה נוספת ברמת המחקר המולקולרית נקראת אימונוהיסטוכימיה, ובה נוגדנים מלמדים על ריכוזים של אנזימים וחלבונים באזורי המוח השונים. מכך גם ניתן להסיק על תפקודם של אותם אזורים.


חשוב לציין שהרבה מהמחקר נעשה על בעלי חיים. מחקר על דיונון ענק לימד כיצד סינפסות עובדות במוח; באמצעות מחקר על חשופיות ים גדולות חקרו את האופן בו אפשר לאחסן זיכרונות ולשלוף אותם; ממחקר על צפרדעים וחתולים למדו על מנגנני התפיסה של האדם; ממחקרים על עופות, עכברים וקופים למדו על התפתחות מערכת העצבים עם הזמן; מדוזות ואצות ירוקות משמשות כדי לחקור חלקים ממערכת העצבים.


אחד התחומים החמים ביותר בחקר המוח הוא אופטוגנטיקה, כלי שנשמע כאילו הגיע מהעתיד. בעזרת סיבים אופטיים ומניפולציות גנטיות, מכניסים לנוירונים מסויימים גן שגורם להם להיות פעילים או מושתקים כשמקרינים עליהם אורך גל מסויים. הכלי נמצא עדיין בפיתוח וכיום מנסים אותו על בעלי חיים. החידוש הגדול באופטוגנטיקה הוא היכולת לבודד קבוצת תאים מסויימת אותה מעוניינים לחקור. זו יכולת חשובה מאוד כשרוצים לחקור את המוח שמרוכב מכמויות אדירות של נוירונים ואדירות עוד יותר של קשרים בניהם.


תחום מדעי המוח ידע וידע עוד מהפכות רבות. אחת המעניינות שמתרחשת בשנים האחרונות היא מהפכת תאי הגליה. כשמדברים על המוח לרוב המושג שיקפוץ לראש הוא הנוירון ואולי למביני דבר או שניים גם אקסון או סינפסה, אבל המונח תאי גליה לא ממש קיבל במה עד השנים האחרונות. למרות שכנראה הבחינו בתאי הגליה אי שם כבר במאה ה-19, לא ייחסו להם חשיבות וראו בהם תאי תמך לנוירוניים ותו לא. זאת מכיוון שתאי הגליה אינם מוליכים זרם חשמלי. אך בעשורים האחרונים מתחילים להבין שאולי חשיבותם של תאי הגליה גדולה מששיערנו. אחת הסיבות לכך היא כמותם של תאי הגליה שכפולה מכמות הנוירונים במוח. בנוסף נמצא כי תאי הגליה גדולים יותר ככל שמתקדמים בסולם האבולוציוני. יש אף תיאוריות שמציעות כי מספר תאי הגליה נמצא בקורלציה עם רמת האינטליגנציה במין. כיוון מחקר המוח שהיה עד כה ממוקד בנוירונים, נע לכיוון הסתכלות הולסיטית יותר שנותנת משקל גם לתאי הגליה. ייתכן שזה יהווה פריצת דרך בהבנת המוח האנושי.


תיארנו קודם איך התפתחה ההבנה הלוקלית לפיה אזור מסויים במוח אחראי על תפקוד מסויים. אולם הטכנולוגיות החדשות שמתוארות לעיל, יחד עם יכולות סטטיסטיות שהתפתחו במרוצת השנים, איפשרו הסתכלות אחרת על הפעילות המוחית. הסתכלות על הפעילות הרשתית במוח הופכת לנוכחת יותר ויותר בשיח המחקרי. באמצעות הדמיה מוחית ואמצעים אלקטרופיזיולוגיים נמצא שכמה אזורים שונים יפעלו בסנכרון כדי להפיק תפקוד מסוים, כך שפגיעה בקישוריות בין האיזורים עלולה להוביל לפגיעה בתפקוד. הרשת המפורסמת ביותר היא רשת ה-default mode network (רשת ברירת המחדל) לה מייחסיים תפקידים כמו אינטרוספקציה (התבוננות עצמית) מחשבות על העבר והעתיד וכן נמצא כי תפקוד לקוי שלה נוכח במחלות נפש כדוגמת סכיזופרניה.


בשנים האחרונות התפתחויות בתחום המחשבים ולמידת מכונה machine learning היוו את הבסיס להתפחות תחום מחקר חדש ומבטיח שנקרא מדעי המוח החישוביים ("computational neuroscience") בו עושים שימוש בכלים חישוביים שמאפשרים לחקור כמויות גדולות של מידע ולבצע ניתוחים סטטיסטים מורכבים. התפתחות בתחום זה יסייעו לייצר מכשירים שיוכלו להתממשק עם פעילות מוחית כמו יצירת יד קיברנטית לאדם קטוע גפה או לאפשר ראייה לאדם עיוור. בנוסף, מכשירים כאלו יתרמו רבות ליכולת להתמודד עם כמויות המידע הרבות שהמוח מפיק בכל רגע נתון וכך להפיק תמונה מודייקת יותר של הפעילות המוחית.


השאלה ההיסטורית שהביאה בני אדם להתעניין במוח האנושי היא שאלת הנשמה או התודעה. התודעה היא בעיניי הגביע הקדוש של חקר המוח. כעת השאלה נמצאת בשיח המדעי ונעשים מגוון נסיונות לענות עליה באמצעות מחקר וניסוי. יחד עם התמודדות ישירה עם השאלה מהי תודעה והאם היא נמצאת במוח, מנסים למצוא פעילות מוחית שנמצאת בקורלציה עם פעילות של מה שנקרא לו תודעה (אבל זה כבר עניין למאמר שלם).


ואם בנפש עסקינן, ההבנה של המנגנונים הלקויים במחלות מערכת העצבים בהם פרקינסון, אלצהיימר, דיכאון ועוד רבות, הולכת ומתרחבת. כבר נוצרו אמצעי טיפול חדשים ונבחנות אסטרטגיות טיפול נוספות.


ב-2013 הושק פרוייקט המוח האנושי (Human Brain Project) שמטרתו יצירת גישה חדשה לחקר המוח. הפרוייקט עושה שימוש במחשבי סופר-על ומתעתד לחקור את המוח ממגון רזולציות מרחביות (מהרמה המולקולרית ועד הרשתית) וטמפורליות (ממילי-שניות עד שנים). מתוך הבנה שהמוח מתפקד, ייתכן שבצורה שונה, בכל אותן הרזולוציות. לפרוייקט שותפים חוקרים ממגוון תחומים והם שמים דגש על התקשורת ברמה הטכנולוגית והבין אישית בין הפריזמות השונות.


לסיכום, בידינו מידע רב על תאי העצב אבל אנו עדיין רחוקים מלהבין את תפקודם המורכב ואת יכולתם. אנחנו יודעים שהמוח הוא איבר המורכב ממגוון מערכות, כשכוחות הפיזיקה, הכימיה והביולוגיה ואולי גם כוחות נוספים משחקים בו תפקיד. האינטראקציה בין המערכות השונות וגם הפעילות של כל מערכת בפני עצמה עדיין אינה ברורה. כיצד ביטוי של גן מסויים משפיע על הפעילות החשמלית? כיצד שינוי בפעילות החשמלית יכול להביא לשינוי מבני במוח? אחד מהאתגרים בתחום בימים אלו הוא היכולת להצליב ולסנכרן בין מידע ברזולוציות שונות ובין מחקרים הנערכים במקומות שונים על ידי אנשים שונים המשתמשים, לעיתים, במושגים שונים זה מזה.


פנינו לאן?


תחום הבינה המלאכותית מפיק כותרות רבות שעשויות לעורר חשש או שמחה. הטכנולוגיה המתקדמת עשויה לקדם הבנה של דפוסי הפעולה של מוח האדם. אפשר להסתכל על זה כעל מוח מלאכותי שמנסה להבין את המוח שיצר אותו. המדע כמובן רחוק מאוד מקריאת מחשבות אמיתיות ועוד יותר רחוק מלהבין איך התהליך עובד.


על אף ההתפתחות הרבה בעשורים האחרונים, תחום הפרעות הנפש נמצא כיום במבוי סתום. לרוב הפרעות הנפש אין מדד אובייקטיבי או ביולוגי, לא ברור מה המנגנון המוחי העומד בבסיסן ועל כן גם הטיפול בהן אינו מיטבי. השאיפה היא להגיע לטיפול יותר אינדיבידואלי ויותר מכוון מנגנון מוחי. בשנים האחרונות חוזרים לזירת המחקר השימוש בחומרים פסיכדליים כטיפולים פוטנציאליים מבטיחים לטיפול בהפרעות כמו PTSD (פוסט טראומה) דיכאון ועוד.




מה צופן העתיד?


מעבר לדיון על מהו המוח וכיצד הוא פועל, השאלה כיצד עלינו לחקור את המוח היא עדיין שאלה פתוחה! התחום של חקר המוח עדיין נמצא בהתהוות, החוקרים עוד מנסים להבין מהם הכלים והפריזמות האופטימליות להתמודדות עם האתגרים שהמוח מציב בפנינו. יש לנו קצוות חוט ואנחנו לא בהכרח מבינים לאן הם מובילים.


המוח הוא אולי התעלומה הגדולה ביותר שהאנושות ניצבת מולה היום. האם נגיע למצב בו נוכל לשלוט בחפצים סביבנו בתנועת עפעף? האם נוכל לקרוא מחשבות זה של זו? האם יבוא היום בו יתאימו פרסומות על פי גלי המוח שלנו? ואולי נגלה שהפתרון למשבר באנרגיה טמון בייצור אנרגיה מוחית? האם נצליח לשחזר באופן טכני את הישגיו האדירים של המוח? זיכרון, יצירתיות, תבונה, רגש?


אין ספק שאנחנו נמצאים בתקופה מסעירה בתחום חקר המוח כשיש שאלות רבות שעוד לא מצאנו להן מענה ואיתן מגיעות גם השערות אין ספור. מה שבטוח הוא שהעתיד יביא עמו גילויים נפלאים על האיבר המיוחד הזה.

מקורות:


  1. Bear MF; Connors BW; Paradiso MA (2001). Neuroscience: Exploring the Brain (2nd ed.). Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-0-7817-3944-3.

  2. Sandrone S (2013) The Amazing History of Neuroscience. Front. Young Minds. 1:14. doi: 10.3389/frym.2013.00014

  3. "ראמון קאחל ותיאוריית הנוירון", סרטון מתוך סדרת "אבני דרך במדע ובטכנולוגיה" של הטלוויזיה החינוכית הישראלית https://youtu.be/WWQVoMoh21k

שירה ניב היא סטודנטית בתוכנית המצטיינים על שם "עדי לאוטמן" ומאסטרנטית במעבדה לפסיכולוגיה קלינית-חישובית באוניברסיטת תל-אביב.




  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • Instagram

©2020 by BrainstormIL. Proudly created with Wix.com