כיצד מדע הזרם המרכזי המודרני חוקר את המוח?

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

לפני זמן לא רב, על פי אמות מידה היסטוריות, דיברו על המוח כ"קופסה שחורה", התהליכים שבתוכה נותרו בגדר תעלומה. ההישגים המדעיים האחרונים כבר לא מאפשרים לנו להכריז על כך בצורה כה קטגורית. עם זאת, עדיין יש הרבה יותר שאלות מתשובות חד משמעיות בתחום חקר המוח.

קשה מאוד לזהות במערכת הזו, שיש לה פרמטרים מספריים קוסמיים ונמצאת בתנועה מתמדת, מנגנונים שיכולים להיות מתואם עם מה שאנו מכנים זיכרון וחשיבה. לפעמים בשביל זה צריך לחדור ישירות למוח. במובן הפיזי הכי ישיר.

מה שיגידו מגיני חיות הבר, אף אחד עדיין לא אסר על חוקרים לבצע ניסויים במוחם של קופים וחולדות. עם זאת, כשמדובר במוח האנושי - מוח חי, כמובן - ניסויים בו כמעט בלתי אפשריים מסיבות של חוק ואתיקה. אתה יכול להיכנס ל"חומר אפור" רק, כמו שאומרים, לחברה עם תרופות.

חוטים בראש שלי

הזדמנות כזו שהוצגה בפני חוקרי המוח הייתה הצורך בטיפול כירורגי במקרים חמורים של אפילפסיה שאינם מגיבים לטיפול תרופתי. הגורם למחלה הוא האזורים הפגועים של האונה הטמפורלית החציונית. את האזורים האלה צריך להסיר בשיטות נוירוכירורגיות, אבל קודם כל צריך לזהות אותם כדי, כביכול, לא "לחתוך את העודפים".

הנוירוכירורג האמריקני יצחק פריד מאוניברסיטת קליפורניה (לוס אנג'לס) היה מהראשונים שיישמו את הטכנולוגיה של החדרת אלקטרודות בקוטר 1 מ מ ישירות לקליפת המוח עוד בשנות ה-70. בהשוואה לגודלם של תאי עצב, לאלקטרודות היו ממדים ציקלופיים, אבל אפילו מכשיר גולמי כזה הספיק כדי להסיר את האות החשמלי הממוצע ממספר נוירונים (מאלף עד מיליון).

באופן עקרוני זה הספיק כדי להשיג מטרות רפואיות גרידא, אבל בשלב מסוים הוחלט לשפר את המכשיר. מעתה, האלקטרודה המילימטרית קיבלה קצה בצורת הסתעפות של שמונה אלקטרודות דקות יותר בקוטר 50 מיקרומטר.

זה איפשר להגביר את דיוק המדידות עד לקיבוע האות מקבוצות קטנות יחסית של נוירונים. פותחו גם שיטות לסינון האות הנשלח מתא עצב בודד במוח מהרעש ה"קולקטיבי". כל זה נעשה לא למטרות רפואיות, אלא למטרות מדעיות גרידא.

מהי פלסטיות המוח?

הפלסטיות של המוח היא היכולת המדהימה של איבר החשיבה שלנו להסתגל לנסיבות משתנות. אם נלמד מיומנות ונאמן את המוח בצורה אינטנסיבית, מופיעה עיבוי באזור המוח האחראי על המיומנות הזו. הנוירונים הממוקמים שם יוצרים קשרים נוספים, ומגבשים את המיומנויות החדשות שנרכשו. במקרה של נזק לחלק חיוני במוח, המוח מפתח לפעמים מחדש את המרכזים האבודים באזור השלם.

נוירונים בשם

מטרות המחקר היו אנשים שהמתינו לניתוח לאפילפסיה: בעוד אלקטרודות המוטבעות בקליפת המוח קראו אותות מנוירונים כדי לקבוע במדויק את אזור ההתערבות הכירורגית, בוצעו ניסויים מעניינים מאוד לאורך הדרך. וזה היה המקרה בדיוק כאשר הסמלים של תרבות הפופ - כוכבי הוליווד, שרוב אוכלוסיית העולם מזוהה בקלות את התמונות שלהם, הביאו יתרונות אמיתיים למדע.

שותפו לעבודה של יצחק פרידה, הרופא והנוירו-פיזיולוגי רודריגו קיאן קווירוגה, הראה לנבדקים על המחשב הנייד שלו מבחר של תמונות ויזואליות ידועות, כולל אישים פופולריים ומבנים מפורסמים כמו בית האופרה של סידני.

כאשר התמונות הללו הוצגו, הפעילות החשמלית של נוירונים בודדים נצפתה במוח, ותמונות שונות "הפעילו" תאי עצב שונים. לדוגמה, הותקן "נוירון ג'ניפר אניסטון", ש"ירה" בכל פעם שדיוקן של השחקנית הרומנטית הזו הופיע על המסך. לא משנה באיזו תמונה אניסטון הוצגה לנבדק, הנוירון "שמה" לא נכשל. יתרה מכך, זה עבד גם כאשר על המסך הופיעו פריימים מסדרת הטלוויזיה המפורסמת, שבה כיכבה השחקנית, גם אם היא עצמה לא הייתה בפריים. אבל למראה בנות שרק נראו כמו ג'ניפר, הנוירון שתק.

תא העצב הנחקר, כפי שהתברר, היה קשור בדיוק לדימוי ההוליסטי של שחקנית מסוימת, וכלל לא עם אלמנטים בודדים של הופעתה או לבושה. והתגלית הזו סיפקה, אם לא מפתח, אז רמז להבנת המנגנונים של שימור זיכרון לטווח ארוך במוח האנושי.

הדבר היחיד שמנע מאיתנו להתקדם היו עצם שיקולי האתיקה והמשפט, שהוזכרו לעיל. מדענים לא יכלו למקם אלקטרודות באף אזור אחר במוח, מלבד אלו שהיו נתונים למחקר טרום ניתוחי, ולמחקר עצמו היה מסגרת זמן רפואית מוגבלת.

זה הקשה מאוד למצוא תשובה לשאלה האם הנוירון של ג'ניפר אניסטון, או בראד פיט, או מגדל אייפל באמת קיימים, או אולי כתוצאה ממדידות, מדענים נתקלו בטעות רק בתא אחד מרשת שלמה. מחוברים זה לזה על ידי קשרים סינפטיים, אשר אחראי על שימור או זיהוי של תמונה מסוימת.

משחק עם תמונות

כך או כך, הניסויים נמשכו, ומורן צרף הצטרפה אליהם - אישיות מגוונת ביותר. ישראלי מלידה, ניסה את עצמו כיועץ עסקי, האקר ובמקביל מדריך אבטחת מחשבים, וכן אמן וכותב קומיקס, כותב ומוזיקאי.

זה היה האיש הזה עם קשת הכישרונות הראויים לרנסנס שלקח על עצמו ליצור מעין ממשק נוירו-מכונות על בסיס הנוירון של ג'ניפר אניסטון וכדומה. הפעם, 12 מטופלים של המרכז הרפואי על שם V. I. רונלד רייגן מאוניברסיטת קליפורניה. במהלך מחקרים טרום ניתוחיים הוכנסו 64 אלקטרודות נפרדות לאזור האונה הטמפורלית החציונית. במקביל, החלו ניסויים.

התפתחות המדעים של פעילות עצבית גבוהה מבטיחה סיכויים מדהימים: אנשים יוכלו להבין את עצמם טוב יותר ולהתמודד עם מחלות חשוכות מרפא. הצד המוסרי והחוקי של ניסויים במוח אנושי חי נותר בעיה.

לאנשים הוצגו לראשונה 110 תמונות של נושאים של תרבות פופ. כתוצאה מסיבוב ראשון זה, נבחרו ארבע תמונות, שבמראהן נרשמה בבירור עירור של נוירונים בחלקים שונים של האזור הנחקר של הקורטקס בכל תריסר הנבדקים. לאחר מכן, שתי תמונות הוצגו בו-זמנית על המסך, מונחות זו על זו, ולכל אחת מהן 50% שקיפות, כלומר, התמונות נצצו זו דרך זו.

הנבדק התבקש להגביר מנטלית את הבהירות של אחת משתי התמונות, כך שהוא טשטש את "יריבו". במקרה זה, הנוירון שאחראי לתמונה בה התמקדה תשומת הלב של המטופל הפיק אות חשמלי חזק יותר מהנוירון הקשור לתמונה השנייה. הפולסים תוקנו באמצעות אלקטרודות, נכנסו למפענח והפכו לאות השולט בבהירות (או השקיפות) של התמונה.

לפיכך, עבודת המחשבה הספיקה למדי כדי שתמונה אחת תתחיל "להכות" את השנייה.כשהנבדקים התבקשו לא להעצים, אלא להיפך, להחוויר את אחת משתי התמונות, הקישור בין המוח למחשב עבד שוב.

ראש קל

האם המשחק המרגש הזה היה שווה את הצורך לערוך ניסויים על אנשים חיים, במיוחד אלה עם בעיות בריאות חמורות? לדברי מחברי הפרויקט, זה היה שווה את זה, כי החוקרים לא רק סיפקו את האינטרסים המדעיים שלהם בעלי אופי בסיסי, אלא גם גיששו אחר גישות לפתרון בעיות יישומיות למדי.

אם יש נוירונים (או צרורות של נוירונים) במוח שמתרגשים למראה ג'ניפר אניסטון, אז חייבים להיות תאי מוח שאחראים על מושגים ודימויים חיוניים יותר לחיים. במקרים בהם המטופל אינו מסוגל לדבר או לאותת על בעיותיו וצרכיו במחוות, חיבור ישיר למוח יסייע לרופאים ללמוד על צרכי המטופל מהנוירונים. יתרה מכך, ככל שיוקמו יותר עמותות, כך יוכל אדם לתקשר על עצמו.

עם זאת, אלקטרודה המוטבעת במוח, גם אם היא בקוטר 50 מיקרון, היא כלי גס מכדי למקד במדויק לנוירון ספציפי. שיטה עדינה יותר לאינטראקציה היא אופטוגנטיקה, הכוללת טרנספורמציה של תאי עצב ברמה הגנטית.

אד בוידן וקרל תסו, שהחלו את עבודתם באוניברסיטת סטנפורד, נחשבים לחלוצי הכיוון הזה. הרעיון שלהם היה לפעול על נוירונים באמצעות מקורות אור מיניאטוריים. לשם כך, כמובן, יש להפוך את התאים לרגישים לאור.

מכיוון שהמניפולציות הפיזיות של השתלת חלבונים רגישים לאור - אופסינים - בתאים בודדים הן כמעט בלתי אפשריות, החוקרים הציעו … להדביק נוירונים בנגיף. הנגיף הזה הוא שיכניס גן שמסנתז חלבון רגיש לאור לתוך הגנום של התאים.

לטכנולוגיה זו מספר שימושים פוטנציאליים. אחד מהם הוא שיקום חלקי של הראייה בעין עם רשתית פגומה על ידי הקניית תכונות רגישות לאור לתאים הנותרים שאינם רגישים לאור (ישנם ניסויים מוצלחים בבעלי חיים). המוח מקבל אותות חשמליים הנגרמים מהאור הנובע, ובמהרה ילמד המוח לעבוד איתם ולפרש אותם כתמונה, אם כי באיכות נחותה.

יישום נוסף הוא עבודה עם נוירונים ישירות במוח באמצעות מדריכי אור מיניאטוריים. על ידי הפעלת נוירונים שונים במוחם של בעלי חיים בעזרת אלומת אור, ניתן להתחקות אחר אילו תגובות התנהגותיות נוירונים אלו גורמים. בנוסף, להתערבות "קלה" במוח עשויה להיות ערך טיפולי בעתיד.