מחקר חדש: כיצד נוצרת בנפשנו חוויה מודעת?

חוקרי מוח באוניברסיטת תל אביב שופכים אור על החידה העתיקה. החוקרים נעזרו באלקטרודות המושתלות במוחם של חולי אפילפסיה כדי לזהות ולמדוד את הרגע בו נולדת במוח חוויה חדשה

“כשאנחנו טועמים שוקולד, או שומעים מוסיקה, או רואים פרח, מתרחש במוחנו תהליך פיזיולוגי של עיבוד מידע,” אומרת ד”ר הגר גלברד-שגיב מבית הספר לרפואה ומבית הספר סגול לחקר המוח באוניברסיטת תל אביב, שהובילה את המחקר פורץ הדרך. “אך מעבר לכך נוצרת בנו חוויה איכותנית וסובייקטיבית – כמו למשל החוויה של טעם השוקולד או של שמיעת צלילי שיר אהוב. כיצד נוצרת החוויה הזאת – שבעיני רבים היא טעם החיים? איך והיכן נוצר הקשר בין העולם החיצוני הנקלט בחושים, לבין העולם הפנימי של החוויה והתודעה? בני האדם מחפשים תשובות לשאלות מרתקות אלה כבר אלפי שנים, וכל דור מתמודד איתן בכלים העומדים לרשותו. אנחנו חיפשנו נקודת מבט חדשה באמצעות טכנולוגיות מתקדמות של חקר המוח.”

במחקר לקחו חלק: ד״ר ליעד מודריק מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית הספר סגול באוניברסיטת תל אביב, פרופ׳ כריסטוף קוך מהמכון לחקר המוח ע״ש אלן, ופרופ׳ יצחק פריד מהמחלקה לנוירוכירורגיה באוניברסיטת UCLA, ומבית הספר לרפואה באוניברסיטת תל אביב. המחקר התבצע במרכז הרפואי האוניברסיטאי ב-UCLA, במרכז הרפואי ע״ש סוראסקי בתל אביב, באוניברסיטת תל אביב, ובמכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech). המאמר התפרסם בחודש מאי 2018 בכתב העת היוקרתי Nature Communications.

איור 1: הדגמה של הניסוי. בזמן יריבות דו-עינית (binocular rivalry) הוצגה תמונה שונה לכל עין של הנבדק, במקרה הזה פרצוף לעין שמאל ונחש לעין ימין. הגירוי החיצוני קבוע אך התמונה שהנבדק רואה מתחלפת, לפעמים הוא רואה רק פרצוף, ולפעמים רק בית, ובמעברים – ערבוב שלהם. הנבדק מדווח מה הוא רואה ע״י לחיצה ושחרור של שני כפתורים (מסומן בעיגולים כחולים ואדומים). בניסוי הבקרה (replay) הוצג לנבדקים ״סרט חוזר״ של מה שראו, אך הפעם לשתי העיניים ביחד על גבי המסך, ושוב הנבדק דיווח מה ראה. תאי העצב שהקלטנו התחילו לפעול שניה או שתיים לפני תחילת החילוף בתנאי של היריבות הדו עינית, אך מאוחר הרבה יותר בזמן ה״סרט החוזר״.

החוקרים ביקשו לבדוק מה מתרחש בתוך המוח האנושי ברגע יצירת החוויה, ונעזרו לשם כך בסיטואציה רפואית מיוחדת במינה: השתלת אלקטרודות במוחם של חולי אפילפסיה במטרה לזהות את המוקד המדויק של ההתקפים האפילפטיים, ואחר כך לנטרל אותו בניתוח. “מדובר בהזדמנות ייחודית לחקר המוח,” מסבירה ד”ר גלברד-שגיב. “בדרך כלל אנחנו נעזרים בחיות מעבדה, שאינן מסוגלות לדווח לנו על החוויות שלהן, או מודדים פעילות מוחית אצל אדם באמצעים חיצוניים ועקיפים (EEG, fMRI וכד’). אך כאן,  כאשר האלקטרודות הושתלו במוח אנושי למטרות רפואיות, נוצרת גם הזדמנות מחקרית נדירה: למדוד ולהקליט את הפעילות החשמלית המוחית, באופן ישיר וברזולוציה חסרת תקדים של תא העצב הבודד. במקביל ניתן לקבל  מהאדם דיווח על חוויותיו הסובייקטיביות.”

במסגרת המחקר הוצגו לכל נבדק שתי תמונות בו-זמנית – תמונה שונה לכל עין, כמו לדוגמה תמונת בית לעין ימין ובמקביל תמונת פרצוף לעין שמאל.  במצב כזה, המכונה ‘יריבות דו-עינית’, המוח אינו מצליח לשלב בין שתי התמונות, והנבדק רואה אותן לסירוגין, מבלי שתהיה לו שליטה על תהליך ההחלפה בין התמונות. במילים אחרות: המציאות החיצונית אינה משתנה – לכל עין מוצגת תמונה קבועה; והשינוי היחיד מתרחש בתוך המוח עצמו. “בדרך זו הצלחנו לבודד את הרגע המכריע שבו פורצת חוויה חדשה למודעות,” אומרת ד”ר ליעד מודריק. “אפשר לומר שזהו ניסוי הזהב של מחקר התודעה, וכאן הצלחנו לבצע אותו בבני אדם ברמת תא העצב הבודד,” אומר פרופ’ יצחק פריד.

איור 2: הפעילות באונה הקדמית אמצעית בזמן יריבות דו עינית (בסגול) לעומת ה״סרט החוזר״ (בתכלת). זמן אפס הוא הזמן שבו הנבדק דיווח שהתמונה מתחילה להתחלף. ניתן לראות כי בזמן היריבות הדו עינית הפעילות באזורים אלו מתחילה כ-2 שניות לפני הדיווח, בעוד בזמן ה״סרט החוזר״ הפעילות מתחילה רק סמוך לדיווח.

החוקרים מצאו שינוי במוח, או ליתר דיוק בתאי עצב שבאונה הקדמית האמצעית, שמתחיל 2 שניות לפני שהנבדק מדווח על התחלפות התמונה שהוא רואה. בהמשך, שנייה אחת לפני הדיווח, נרשמת פעילות חשמלית גם באונה הרקתית האמצעית, באזורים הקשורים לפעילות ויזואלית. מדובר בפרקי זמן ארוכים מאוד במונחים של הפעילות המוחית, שנמדדת באלפיות השנייה (בניסוי בקרה, כאשר הוקרן לנבדקים, מול שתי העיניים,  ‘סרט חוזר’ של חילופי התמונות הספונטניים שעליהם דיווח הנבדק, נרשמו זמני תגובה קצרים בהרבה). על סמך ממצאיהם מעריכים החוקרים כי תאי העצב שנמדדו הינם חלק מהרשת העצבית היוצרת את החילופים הספונטניים בחוויית הראיה המודעת.

“המחקר החדש מקרב אותנו צעד נוסף לעבר הבנת התודעה והחוויה המודעת, ברמה הברורה והממשית ביותר – רמת הפעילות החשמלית בתא העצב הבודד,” מסכמת ד”ר גלברד-שגיב.