חקר המוח, הלמידה והחשיבה: לקט מקורות מידע
מאת: עמי סלנט
תולדות חקר המוח
סיכום טבלאי יעיל ומקיף אודות תולדות חקר המוח מהתקופה היוונית העתיקה ועד ימינו.
סיכום מאיר עיניים של ד"ר אילנה מודליגר, בית הספר לחינוך, האוניברסיטה העברית.
סיכום מאיר עיניים של ד"ר אילנה מודליגר, בית הספר לחינוך, האוניברסיטה העברית.
מדריך למשתמש במוח: תפיסה, קשב וארבע זירות המוח, מאת: ד"ר ג'ון רייטי
מקור: אתר טקסט
ד"ר ג'ון רייטי מלמד פסיכיאטריה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת הרוורד. ספריו הקודמים עסקו בתפקודי המוח במצבי לחץ.
במדריך למשתמש במוח מסביר ד"ר ג'ון רייטי בצורה משכנעת ומאירת עיניים את מבנה המוח ואת הכימיה שלו, איך המערכות שלו מעצבות את התפיסות שלנו, את הרגשות, הפעולות והתגובות; כיצד הידע הזה מאפשר לנו להבין את חיינו ולשפר אותם, וכיצד המוח מגיב להנחיות שהוא מקבל.
באמצעות דוגמאות מהניסיון שלו עצמו, כמו גם מן המחקר ומחיי היומיום, הוא מאיר היבטים שונים של המוח ותפקודיו, ביניהם ההתפתחויות שחלות בעובר ובילדות המוקדמת; דרכי העיבוד של ההכרה, הזיכרון, הרגשות והשפה; מהו המוח החברתי.
באמצעות דוגמאות מהניסיון שלו עצמו, כמו גם מן המחקר ומחיי היומיום, הוא מאיר היבטים שונים של המוח ותפקודיו, ביניהם ההתפתחויות שחלות בעובר ובילדות המוקדמת; דרכי העיבוד של ההכרה, הזיכרון, הרגשות והשפה; מהו המוח החברתי.
חנוך לנער על פי מוחו: ההשלכות של חקר המוח על ההוראה והלמידה, מאת אירק ג'נסן
Teaching With the Brain in Mind, by Eric Jensen
בספר מידע חדשני, עדכני ומעשי מתחום חקר המוח ומסביר את השתמעויותיו והשלכותיו לתהליכי הוראה ולמידה. בהביאו הן את המיטב התיאורטי של חקר המוח והן המלצות וטכניקות שימושיות ליישום בעבודת התלמיד.
בספר מידע חדשני, עדכני ומעשי מתחום חקר המוח ומסביר את השתמעויותיו והשלכותיו לתהליכי הוראה ולמידה. בהביאו הן את המיטב התיאורטי של חקר המוח והן המלצות וטכניקות שימושיות ליישום בעבודת התלמיד.
כמו כן, מומלץ לקרוא ראיון מעניין עם פרופסור אריק ג'נסן בנושא.
עוד על השלכות חקר המוח על הוראה ולמידה
מאמר מעודכן ושיטתי הבוחן את השלכות חקר המוח על הוראה ולמידה, במיוחד בתחומי הוראת המדעים.
עיקרי הדברים:
ניתנים לעיון בסיכום שמביא המחבר המאמר בקצרה באינטרנט:אסטרטגיות הוראה ולמידה וחקר המוח
כיצד לפתח אסטרטגיות הוראה ולמידה בהתבסס על ממצאי מחקר שנצברו על חקר המוח. הספר שנכתב מזווית פדגוגית מנסה לגשר על הפער בין מחקרי המוח וההתאמה שנדרשים המורים לעשות בכיתה לצורך העברה יעילה.
ראו גם:
Sarah-Jayne Blakemore, Uta Frith. TheLearning Brain: Lessonsfor Education 2005., Nature Publishing Group, Elsevier Science
העברה בלמידה
קניאל, שלמה. "העברה בלמידה: תקוות חדשות", מגמות, 2001 (דצמבר 2001, מ"א 3).
המסקנה המרכזית מחקר מומחים היא שהעברה תתאפשר כאשר התלמיד יהיה מומחה להעברה, מומחיות זו תתבטא בכך שהמעביר ירכוש סכמה שתוכנה הוא העברה, אשר תהפוך ידע הצהרתי כמו עובדות ואירועים לידע פרוצדוראלי המתבטא באסטרטגיות שבהן נקבע איך, מתי ומדוע לפעול (Andersen, 1990). המומחה להעברה יאחסן במודע ומתוך התכוונות מלאה לתוכנת-על, המגשרת בין כל הקבצים ותפקידה יהיה לעבור כל הזמן בין הקבצים ולחפש קשרים שיביאו לפתרון בעיות שונות (כמו מנוע חיפוש באינטרנט), לסכמת ההעברה יהיו איפיונים יעילים בתוכן, בגודל, במורכבות, בגמישות ובזמינות. סכמת ההעברה צריכה להיות גמישה, כלומר, להיות מסוגלת להתקשר עם מרכיבים אחרים בתוך הסכמה ומחוצה לו. הכוונה גם ליכולת של הסכמה להשתנות ולקבל צורות ארגון אחרות כי ליצור קשרים עם משימות אחרות אשר בדרך כלל אינן קשורות זו בזו (voss, 1987). הגמישות היא נקודת מפתח בהעברה, כיוון שהיא מאפשרת לסכמת המקור להתחבר בקלות אל משימות יעד שונות אשר על פני השטח אינן נראות דומות. חשוב שסכמת ההעברה תהיה מאוחסנת ברמה אוטומאטית גבוהה כדי שתהיה זמינה לשליפה מהירה ממאגר הזיכרון ולהופעה בזיכרון העבודה לצורך ביצוע פעולות שונות של העברה (Bargh, 1992, Logan, et al, 1996).
העברה יעילה של רעיונות באמצעות מילים
מקור: אתר הידען
מקור: אתר הידען
תקשורת בין בני-אדם היא אחד מהתהליכים המורכבים ומסתוריים בעולם. כיצד, למשל, אנחנו מצליחים להעביר רעיונות באמצעות מלים? תהליך כזה מתחיל ברעיון שעולה במוחו של אדם מסוים. אותו אדם מתרגם את הרעיון למלים, ומביע את המלים (בכתב או בעל-פה), בזו אחר זו. כך נוצר רצף קווי של מלים, שהוא בעל אופי חד-ממדי (אורך בלבד). אדם אחר קולט את הרצף ומתרגם אותו בחזרה לרעיון שאינו חד-ממדי. לא תמיד, כמובן, האדם שקולט את המסר אכן יורד לסוף דעתו של בעל הרעיון. כך, למעשה, הבעת רעיונות ביעילות שמבטיחה הבנה טובה של האדם הקולט נחשבת לסוג של אמנות, או לפחות למיומנות נדרשת וחשובה.
צוות של פיסיקאים ממכון ויצמן למדע בחן באחרונה את התהליך הזה כשהוא משתמש במודל מוצלח של העברת רעיונות: ספרים הנחשבים לנכסי צאן ברזל של התרבות האנושית. חברי הצוות פיתחו כלים מתמטיים המאפשרים לעקוב אחר יצירתו והתפתחותו של מושג או רעיון לאורך הספר. הצוות הרב-לאומי כלל את פרופ' אלישע מוזס מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות ופרופ' ז'אן-פייר אקמן, מדען אורח מאוניברסיטת ז'נבה, וכן את החוקר הבתר-דוקטוריאלי אנריק אלברז-לקאל ותלמידת המחקר ביאטה דורו מאוניברסיטת שטוטגרט. המאמר המתאר את מחקרם מתפרסם בימים אלה בכתב העת המדעי "רשומות האקדמיה האמריקאית למדעים", PNAS.
המבנה הקווי החד-ממדי של הבעת המסר (רצף של מלים, כתובות או נאמרות), יוצר דלות מסוימת. כדי להתגבר על הדלות החד-ממדית הזאת, אנו נעזרים בזכרוננו. משדר המסר "מצפין" בו מבנה היררכי מסוים, והמאזין, הקולט, שומר את התמליל בזכרונו, סורק אותו, ובמקרה שההצפנה נעשתה באופן יעיל, הוא גם מצליח לפענח את המבנה ולהבין ממנו את הרעיון המופשט.
כדי לבחון מבנים מוטמנים בתמלילים שידוע כי הצליחו להעביר ביעילות רעיונות שונים, בחנו המדענים מספר ספרים שנחשבים להצלחה בתחום של העברת רעיונות מורכבים.
המדענים מצאו שרשת הרעיונות בתמלילים המעבירים רעיונות ביעילות בנויה באופן היררכי, שמאפשר לאדם הקולט לזכור את הרעיונות הבודדים, להציב אותם במבנה רב-ממדי ולפענח בדרך זו את "כוונת המשורר".
המדענים מצאו שרשת הרעיונות בתמלילים המעבירים רעיונות ביעילות בנויה באופן היררכי, שמאפשר לאדם הקולט לזכור את הרעיונות הבודדים, להציב אותם במבנה רב-ממדי ולפענח בדרך זו את "כוונת המשורר".
העמותה הישראלית למדעי המוח
העמותה הישראלית למדעי המוח היא אירגון מולטידיסציפלינרי המאגד חוקרים ואנשי אקדמיה מתחומי הרפואה, הפסיכולוגיה, מדעי העצב ועוד. באתר ניתן למצוא פרטים על האגודה, פועלה וחבריה, וכן קישורים לאתרים רלבנטיים בתחום חקר המוח.
http://www.isfn.org.il
http://www.isfn.org.il
תקצירים מימי העיון של שפ"י עם צוות המחלקה הנוירולוגית לילדים בבי"ח שערי צדק שנערך בימים 14.9.06 ו- 19.10.06
• נוירוטראומה תפקודית - ד"ר יהודה פולק, היחידה לנוירולוגיה של הילד
• דיסגרפיה - ד"ר הלה בן פזי, היחידה לנוירולוגיה של הילד
• קצב וקשב - ד"ר הלה בן פזי, היחידה לנוירולוגיה של הילד
• ליקויי למידה לא מילוליים - פרופ' ורדה גרוס-צור, היחידה לנוירולוגיה של הילד
• פלסטיות המוח: יכולתו של המוח להשתנות ולהסתגל, פרופ' ורדה גרוס-צור, היחידה לנוירולוגיה של הילד
• דיסלקסיה - פרופ' רות שלו
• דיסקלקוליה: דין וחשבון קליני ומחקרי על הלקות בחשבון, פרופ' רות שלו
• השיטות השונות להדמיית מוח - ד"ר עדי ארן, היחידה לנוירולוגיה של הילד
• ADHD מסע מהתיאוריה הפסיכולוגית דרך הביסוס הביולוגי אל הטיפול התרופתי, ד"ר עדי ארן, היחידה לנוירולוגיה של הילד
55% מהילדים הסובלים מבעיות קשב וריכוז – סובלים מהפרעות שינה
55 אחוז מהילדים הסובלים מבעיות קשב וריכוז, סובלים מהפרעות שינה. כך העלה מחקר שנערך בפקולטה לרפואה על שם רפפורט בטכניון. החוקרים ממליצים בפני הוריהם של ילדים הסובלים מבעיות אלה, לפנות קודם כל למעבדת שינה, ולא להשתמש בתרופות מעוררות באופן אוטומטי ללא בירור מקדים.
המחקר נערך במסגרת עבודת המאסטר של נתלי גולן, בהנחייתו של פרופסור גיורא פילר. היא בדקה 66 ילדים, בנים ובנות, מתוכם 34 ילדים עם הפרעות קשב וריכוז. השאר, שאינם סובלים מבעיות אלה, היוו קבוצת ביקורת. הגיל הממוצע של הילדים היה 12.
כל הילדים עברו בדיקת שינה במעבדת השינה בטכניון. הם נבדקו שבע שעות בחדר חשוך ושקט, בחברת אחד מהוריהם. לא נעשה שימוש בתרופות על מנת להגביר את השינה. הוצמדו אליהם אלקטרודות ונבדקו, בין השאר, גלי המוח, תנועות עיניים ותנועות רגלים, חזה ובטן בשינה, רווי חמצן בדם ופליטת דו תחמוצת הפחמן. כל המדידות הוקלטו ונרשמו באופן דיגיטלי.
כל הילדים עברו גם בדיקת ישנוניות יומית. כל אחד מהם קיבל חמש הזדמנויות ללכת לישון במרוצת היום, חצי שעה בכל פעם. הם התבקשו לשכב במיטה בחדר שקט, חשוך ונוח, ללא כל גירוי חיצוני. הוריהם הורשו להישאר בחדר.
כל המשתתפים בניסוי עברו ראיון רפואי, מילאו שאלונים ונבדקו רפואית לפני השינה. בליל הבדיקה הם הגיעו למעבדת השינה בשעה 20.00, הוצמדו להם אלקטרודות ושנתם נוטרה לא מאוחר מחצות ועד 7.00 בבוקר. בהמשך, החל מהשעה 8.00, הם עברו את מבחן חביוני השינה (ישנוניות יומית).
כל המשתתפים בניסוי עברו ראיון רפואי, מילאו שאלונים ונבדקו רפואית לפני השינה. בליל הבדיקה הם הגיעו למעבדת השינה בשעה 20.00, הוצמדו להם אלקטרודות ושנתם נוטרה לא מאוחר מחצות ועד 7.00 בבוקר. בהמשך, החל מהשעה 8.00, הם עברו את מבחן חביוני השינה (ישנוניות יומית).
"אצל ילדים עם הפרעות קשב נמצאו הרבה יותר הפרעות שינה, מאשר אצל חבריהם שאינם סובלים מהפרעות אלה", אומרת נתלי גולן. "נמצאה אצלם גם יותר ישנוניות במשך היום. 50% מהם סבלו מהפרעות נשימה בשינה ו-10% סבלו מתנועות רגלים לא רצוניות במרוצת השינה, הפרעה מאוד לא שכיחה בקרב ילדים. העובדה שרובם נרדמו בבדיקה היומית, הפתיעה את הוריהם, שסיפרו כי ילדיהם, ברובם היפראקטיביים, אף פעם לא ישנים בצהרים". בנוסף, תוצאות ראשוניות ממחקר שנועד לבדוק השפעת הטיפול בהפרעות שינה על ההתנהגות היומית של ילדים אלה, מצביעות על שיפור משמעותי במדדי עצבנות, מצב-רוח, נטייה לויכוחים, כעס ופחדים.
בעקבות ממצאי המחקר, ממליצים חוקרי הטכניון בפני הורים לילדים עם הפרעות קשב שנמצאה אצלם בעיית שינה, להקנות לילדים הרגלי שינה נכונים, לטפל בבעיית הנשימה ו/או התנועה אם נמצאו, להימנע ממשקאות המכילים קפאין בשעות הערב, ורק אז לשקול באופן קליני, לפי הצורך, טיפול מעורר בבוקר.
סריקת אם-אר-איי של נבדקים בעת שצפו בסרט קולנוע מצביעה על אחידות רבה בפעילות המוחית של אנשים שונים.
מערבון הקלאסי "הטוב, הרע והמכוער" מככב במחקר ישראלי חדש, שביקש לבדוק מה קורה במוחו של אדם כשהוא צופה בסרט. המחקר, שערך פרופ' רפאל מלאך מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן יחד עם תלמיד המחקר אורי חסון, יוצא דופן במתודולוגיה שלו. "כל המחקרים בהדמיית מוח בבני אדם נעשים בתנאי מעבדה מבוקרים", אומר מלאך. "האדם ממקד את מבטו בתמונות שמוצגות בפניו אחת-אחת ובה בעת ממפים במוחו את אזורי המוח שמגיבים למראה התמונות. אבל העולם הוא דינמי - הרבה דברים קורים בו בבת אחת, בזרימה בלתי פוסקת. השאלה מה קורה במוחו של אדם כשהוא נחשף לסביבה כה משופעת בגירויים לא נבדקה עדיין. החלטנו לייצר סביבה כזאת, והדרך לעשות זאת היתה להקרין סרט קולנוע. בעת חשיפה לסרט מערכת החושים נחשפת באינטנסיוויות לאובייקטים, לצלילים, לצבעים ועוד. החלטנו להקרין לצופים-הנבדקים סרט פעולה, שאמור לרתק את כל החושים בצורה מובהקת יותר מכל סרט אחר".
קבוצת החוקרים ממכון ויצמן בחרה בסרט "הטוב, הרע והמכוער" בכיכובו של קלינט איסטווד. הם הראו למתנדבים קטע של 30 דקות מהסרט ובחנו את המתחולל במוחותיהם באמצעות מערכת דימות תפקודים בתהודה מגנטית (fMRI). התוצאות הניבו שתי הפתעות. התברר שאצל כל הנבדקים הסרט עורר תגובות מוחיות דומות באופן מפתיע. "המוח פעל אצל כולם באותו אופן בזמן הצפייה בסרט", אומר מלאך. "ציפינו לראות הבדלים הנובעים מהאישיות של כל פרט ופרט, אבל זה לא מה שראינו. התברר לנו שחרף הכמות העשירה של האינפורמציה שזרמה אל צופי הסרט, המוחות שלהם'תיקתקו' בהתאמה מפתיעה. במלים אחרות, על אף הייחודיות של אנשים שונים, מתברר שקיימת התאמה רבה מאוד בין בני האדם. במובן מסוים אפשר לומר שכאשר אנו נחשפים לאותה סביבה חזותית, המוחות של כולנו'מתקתקים' יחד בדפוסים מסונכרנים בזמן ובמרחב".
בנוסף לגילוי על הפעולה המוחית האחידה, סיפק המחקר הפתעה שנייה. חסון ומלאך גילו שאזורים שונים במוח קולטים מסרט הקולנוע את התמונות והסצינות המתאימות להתמחות שלהם ופועלים באופן עצמאי, כשהם מתעלמים ממרכיבים חזותיים אחרים המפעילים אזורים אחרים במוח. אזור מסוים "תופס פיקוד", ובזמן זה אזורים אחרים משתתקים. הצופה אמנם חש שהוא צופה בסרט אחיד ורציף, אך למעשה כל אזור במוחו "רואה" סרט פרטי וייחודי משלו. "בתנאי מעבדה זה צפוי, כי המטלות ממוקדות בפונקציות מסוימות", אומר מלאך. "לעומת זאת, במצב טבעי, שבו מופיע עושר של דימויים בבת אחת, אנחנו לא רואים כל פרט בנפרד, אלא חוויה אחת זורמת. למרות זאת רואים במיפוי ה-fMRI, שבכל רגע בסרט אזורים מסוימים פעילים ואחרים משתתקים".
בנו של פרופ' מלאך, ערן, בנה תוכנת מחשב המאפשרת לקשר בין כל רגע שבו התגלתה פעילות חזקה באזורי מוח מסוימים לבין הסצינה בסרט שעוררה את הפעילות הזאת. התוכנה חותכת קטעים מהסרט ובונה קליפ המורכב מכל הקטעים שהפעילו אזור מסוים. כך התברר למשל, שאזור המוח המתמחה בהכרת פנים הופעל רק כאשר הופיעו על המסך תמונות תקריב של פני השחקנים. "כשהסתכלנו על הקליפ ראינו שכל פעם שהבמאי מיקד את תשומת הלב לפרצופים, הופעל אותו אזור", אומר מלאך. "סמוך לאזור הזה יש אזור שלפי הסברה, מתמחה בזיהוי מקומות. הקליפ שיצרנו הראה שהאזור הזה הופעל רק כשעל המסך הוקרנו תמונות של נופים ובניינים. וכך, למרות שחווים סרט רצוף, האזורים במוח פועלים כמו תזמורת. כל פעם משתלט כלי אחר, כאילו נותנים לו לנגן סולו באותו הרגע".
מלאך מכנה את המתודולוגיה שבה השתמשו החוקרים "התאמה במהופך" - במקום צורת המחקר הקלאסית, שבה נותנים גירוי ומודדים תגובה, כאן לוקחים את התגובה ומשתמשים בה כדי לגלות מה היה הגירוי. כך, השימוש בסרט הקולנוע איפשר למדענים לגלות ביעילות את ההתמחויות התפקודיות של אזורים רבים ושונים במוח. החוקרים הופתעו, למשל, להיווכח שאזור במוח שידוע כאזור המתמחה בחוש המישוש הופעל כאשר הוקרנו סצינות הכוללות תנועות עדינות של ידיים, למשל פירוק והרכבה של אקדח. מלאך חושב שקשר מעניין זה בין חוש המישוש לראיית תנועות ידיים מרמז על מערכת מוחית הקשורה לחיקוי ולמידה מוטורית.
"מצאנו פעילות בהרבה אזורים שלא ידוע על מה הם אחראים", אומר מלאך. "באמצעות השיטה שלנו אנחנו יכולים למצוא בסרט מה מפעיל אותם, ומשם לגלות אילו תפקודים הם ממלאים בפעילות המוחית. השיטה מאפשרת לבחור כל אזור שנראה מעניין ולראות מה מפעיל אותו בסרט". המחקר של חסון ומלאך עשוי לאפשר לחוקרים לאתר במוח אזורים האחראים על בעיות קוגניטיוויות ומנטליות, בעיות ראייה ועוד. "מכיוון שהפעילות הנמדדת באמצעות ה-fMRI בזמן צפייה בסרטים דומה מאוד בין אדם לאדם, שימוש בשיטה יאפשר להשוות בין תמונת המוח של אנשים בריאים לזו של אנשים הסובלים מפתולוגיה מוחית. התחלנו כבר לבדוק זאת באוטיסטים, ומצאנו אצלם בזמן הצפייה בסרט תמונת מוח שונה לחלוטין מזו של אנשים נורמלים", אומר מלאך.
מערבון הקלאסי "הטוב, הרע והמכוער" מככב במחקר ישראלי חדש, שביקש לבדוק מה קורה במוחו של אדם כשהוא צופה בסרט. המחקר, שערך פרופ' רפאל מלאך מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן יחד עם תלמיד המחקר אורי חסון, יוצא דופן במתודולוגיה שלו. "כל המחקרים בהדמיית מוח בבני אדם נעשים בתנאי מעבדה מבוקרים", אומר מלאך. "האדם ממקד את מבטו בתמונות שמוצגות בפניו אחת-אחת ובה בעת ממפים במוחו את אזורי המוח שמגיבים למראה התמונות. אבל העולם הוא דינמי - הרבה דברים קורים בו בבת אחת, בזרימה בלתי פוסקת. השאלה מה קורה במוחו של אדם כשהוא נחשף לסביבה כה משופעת בגירויים לא נבדקה עדיין. החלטנו לייצר סביבה כזאת, והדרך לעשות זאת היתה להקרין סרט קולנוע. בעת חשיפה לסרט מערכת החושים נחשפת באינטנסיוויות לאובייקטים, לצלילים, לצבעים ועוד. החלטנו להקרין לצופים-הנבדקים סרט פעולה, שאמור לרתק את כל החושים בצורה מובהקת יותר מכל סרט אחר".
קבוצת החוקרים ממכון ויצמן בחרה בסרט "הטוב, הרע והמכוער" בכיכובו של קלינט איסטווד. הם הראו למתנדבים קטע של 30 דקות מהסרט ובחנו את המתחולל במוחותיהם באמצעות מערכת דימות תפקודים בתהודה מגנטית (fMRI). התוצאות הניבו שתי הפתעות. התברר שאצל כל הנבדקים הסרט עורר תגובות מוחיות דומות באופן מפתיע. "המוח פעל אצל כולם באותו אופן בזמן הצפייה בסרט", אומר מלאך. "ציפינו לראות הבדלים הנובעים מהאישיות של כל פרט ופרט, אבל זה לא מה שראינו. התברר לנו שחרף הכמות העשירה של האינפורמציה שזרמה אל צופי הסרט, המוחות שלהם'תיקתקו' בהתאמה מפתיעה. במלים אחרות, על אף הייחודיות של אנשים שונים, מתברר שקיימת התאמה רבה מאוד בין בני האדם. במובן מסוים אפשר לומר שכאשר אנו נחשפים לאותה סביבה חזותית, המוחות של כולנו'מתקתקים' יחד בדפוסים מסונכרנים בזמן ובמרחב".
בנוסף לגילוי על הפעולה המוחית האחידה, סיפק המחקר הפתעה שנייה. חסון ומלאך גילו שאזורים שונים במוח קולטים מסרט הקולנוע את התמונות והסצינות המתאימות להתמחות שלהם ופועלים באופן עצמאי, כשהם מתעלמים ממרכיבים חזותיים אחרים המפעילים אזורים אחרים במוח. אזור מסוים "תופס פיקוד", ובזמן זה אזורים אחרים משתתקים. הצופה אמנם חש שהוא צופה בסרט אחיד ורציף, אך למעשה כל אזור במוחו "רואה" סרט פרטי וייחודי משלו. "בתנאי מעבדה זה צפוי, כי המטלות ממוקדות בפונקציות מסוימות", אומר מלאך. "לעומת זאת, במצב טבעי, שבו מופיע עושר של דימויים בבת אחת, אנחנו לא רואים כל פרט בנפרד, אלא חוויה אחת זורמת. למרות זאת רואים במיפוי ה-fMRI, שבכל רגע בסרט אזורים מסוימים פעילים ואחרים משתתקים".
בנו של פרופ' מלאך, ערן, בנה תוכנת מחשב המאפשרת לקשר בין כל רגע שבו התגלתה פעילות חזקה באזורי מוח מסוימים לבין הסצינה בסרט שעוררה את הפעילות הזאת. התוכנה חותכת קטעים מהסרט ובונה קליפ המורכב מכל הקטעים שהפעילו אזור מסוים. כך התברר למשל, שאזור המוח המתמחה בהכרת פנים הופעל רק כאשר הופיעו על המסך תמונות תקריב של פני השחקנים. "כשהסתכלנו על הקליפ ראינו שכל פעם שהבמאי מיקד את תשומת הלב לפרצופים, הופעל אותו אזור", אומר מלאך. "סמוך לאזור הזה יש אזור שלפי הסברה, מתמחה בזיהוי מקומות. הקליפ שיצרנו הראה שהאזור הזה הופעל רק כשעל המסך הוקרנו תמונות של נופים ובניינים. וכך, למרות שחווים סרט רצוף, האזורים במוח פועלים כמו תזמורת. כל פעם משתלט כלי אחר, כאילו נותנים לו לנגן סולו באותו הרגע".
מלאך מכנה את המתודולוגיה שבה השתמשו החוקרים "התאמה במהופך" - במקום צורת המחקר הקלאסית, שבה נותנים גירוי ומודדים תגובה, כאן לוקחים את התגובה ומשתמשים בה כדי לגלות מה היה הגירוי. כך, השימוש בסרט הקולנוע איפשר למדענים לגלות ביעילות את ההתמחויות התפקודיות של אזורים רבים ושונים במוח. החוקרים הופתעו, למשל, להיווכח שאזור במוח שידוע כאזור המתמחה בחוש המישוש הופעל כאשר הוקרנו סצינות הכוללות תנועות עדינות של ידיים, למשל פירוק והרכבה של אקדח. מלאך חושב שקשר מעניין זה בין חוש המישוש לראיית תנועות ידיים מרמז על מערכת מוחית הקשורה לחיקוי ולמידה מוטורית.
"מצאנו פעילות בהרבה אזורים שלא ידוע על מה הם אחראים", אומר מלאך. "באמצעות השיטה שלנו אנחנו יכולים למצוא בסרט מה מפעיל אותם, ומשם לגלות אילו תפקודים הם ממלאים בפעילות המוחית. השיטה מאפשרת לבחור כל אזור שנראה מעניין ולראות מה מפעיל אותו בסרט". המחקר של חסון ומלאך עשוי לאפשר לחוקרים לאתר במוח אזורים האחראים על בעיות קוגניטיוויות ומנטליות, בעיות ראייה ועוד. "מכיוון שהפעילות הנמדדת באמצעות ה-fMRI בזמן צפייה בסרטים דומה מאוד בין אדם לאדם, שימוש בשיטה יאפשר להשוות בין תמונת המוח של אנשים בריאים לזו של אנשים הסובלים מפתולוגיה מוחית. התחלנו כבר לבדוק זאת באוטיסטים, ומצאנו אצלם בזמן הצפייה בסרט תמונת מוח שונה לחלוטין מזו של אנשים נורמלים", אומר מלאך.
מדעני מכון ויצמן חשפו את הדרך שבה מתבצע תיחול ארוך טווח של "מיקרו-מעבדים" במוח
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 מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, גילה באחרונה מה גורם למוח לטעות בהבנת המציאות של הריבוע המתחלף במלבן. ממצא זה, שיש לו השלכות מרחיקות לכת על אסטרטגיות עיבוד הנתונים במוח, פורסם היום בכתב העת המדעי Nature.
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 מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, גילה באחרונה מה גורם למוח לטעות בהבנת המציאות של הריבוע המתחלף במלבן. ממצא זה, שיש לו השלכות מרחיקות לכת על אסטרטגיות עיבוד הנתונים במוח, פורסם היום 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 גילה פרופ' גרינולד 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.
בעבר גילה פרופ' גרינולד 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 גם 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 התפקודיים 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. במלים 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.
צבע ותכונות חזותיות אחרות), מעבדים כל תכונה בנפרד ולאחר מכן בונים, את תפיסת הראייה באזורים עילאיים במוח.
תגלית זו, וכן גם 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 התפקודיים 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. במלים 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?
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 שפיתח פרופ' גרינולד, עלה בידו לגלות, שתחנת העיבוד הזאת מצויה דווקא באחת מהשכבות הראשונות של מערך עיבוד הנתונים במוח. כדי לצפות ישירות בסרט המראה הן את האשליה האופטית והן את תוצאות הדימות האופטי ראו בקישור זה.
עדיין אין תגובות לפריט זה
yyya