תגלית חדשה של אוניברסיטת תל אביב עשויה לסייע לפתור את התעלומה המדעית - איך הופך המוח הער את הקלט החושי לחוויה מודעת? במסגרת המחקר, הסתמכו החוקרים על נתונים מאלקטרודות שהושתלו במעמקי המוח האנושי לצרכים רפואיים במטרה לבחון הבדלים בתגובת קליפת המוח לצלילים שונים המושמעים לנבדק, ברמת הנוירון הבודד, במצבי ערות לעומת שינה. החוקר: "ניתן יהיה לבחון את מידת המודעות לסביבה של אדם דמנטי".
החוקרים הופתעו לגלות שהתגובה המוחית לצלילים עוצמתית גם במהלך השינה, בכל המדדים מלבד אחד: רמת גלי האלפא-בטא הקשורה למידת תשומת הלב, הקשב, והציפיות לגבי צלילים הנקלטים. המשמעות: במצב שינה המוח שומע את הצליל אך לא מצליח להתמקד בו ולזהות אותו, ועל כן תפיסה מודעת של הצליל אינה קיימת במצב של שינה. "לראשונה יש בידינו מדד כמותי השונה באופן דרמטי בין אדם ער שמודע לצלילים לבין תגובת שמע במצבי שינה המתאפיינים בחוסר הכרה וניתוק מהסביבה", אמרו החוקרים.
המחקר נערך בהובלת ד"ר חנה חייט ובסיוע של ד"ר עמית מרמלשטיין מהמעבדה של פרופ' יובל ניר מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר, בית הספר סגול למדעי המוח, והמחלקה להנדסה ביו-רפואית, וכן בהובלת פרופ' יצחק פריד מהמרכז הרפואי של אוניברסיטת UCLA בארה"ב. עוד השתתפו במחקר: ד"ר אהרון קרום וד"ר יניב סלע מקבוצת המחקר של פרופ' ניר וכן ד"ר עידו שטראוס וד"ר פיראס פאהום מהמרכז הרפואי תל אביב (איכילוב). המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Neuroscience.
יסייע בפיתוח שיטות למדידת רמת ההכרה
פרופ' ניר מסביר: "לממצאים שלנו יש משמעות נרחבת, מעבר לגבולות הניסוי עצמו. ראשית, הם מספקים מפתח חשוב לשאלה העתיקה והמסקרנת מכל: מהו סוד התודעה? מהי הפעילות המוחית הייחודית שמאפשרת לנו להיות מודעים למתרחש סביבנו, ונעלמת כשאנו ישנים? גילינו קצה חוט חדש, ובמחקרים עתידיים נעמיק במנגנונים האחראים להבדל זה".
"בנוסף, מכיוון שזיהינו מאפיין מוחי ספציפי המבדיל בין מצבי הכרה וחוסר הכרה, יש בידינו לראשונה מדד כמותי המאפשר להעריך את רמת המודעות של הנבדק בתגובה לצלילים", מוסיף פרופ' ניר. "על ידי שכלול מדידת רמת גלי האלפא-בטא במוח, תוך שימוש באמצעי ניטור נגישים שאינם פולשניים (כמו EEG), אנו מקווים שניתן יהיה, לדוגמא, לוודא במהלך ניתוח שהמטופל שרוי בהרדמה עמוקה ואינו חש דבר. באופן דומה ניתן יהיה לבחון את מידת המודעות לסביבה של אדם דמנטי או של אדם במצב סיעודי שאינו מסוגל לתקשר עם סביבתו. במקרים כאלה, רמה נמוכה של גלי אלפא-בטא כתגובה לצלילים אף עשויה להעיד שאדם שנחשב למחוסר הכרה בעצם קולט ומבין את הנאמר סביבו. אנחנו מקווים שהממצאים שלנו ישמשו בסיס לפיתוח שיטות יעילות ונגישות למדידת רמת ההכרה של אנשים השרויים לכאורה במצבים שונים של חוסר הכרה".
פרופ' ניר מסביר כי ייחודו של המחקר הוא בכך שהוא מסתמך על נתונים מאלקטרודות שהושתלו במעמקי המוח האנושי ומנטרות את פעילות המוח ברזולוציה גבוהה, כולל ברמת הנוירון (תא עצב) הבודד. לדבריו, מסיבות מובנות, לא ניתן להשתיל אלקטרודות במוחם של בני אדם לצורכי המדע, אך במחקר זה החוקרים נעזרו במצב רפואי מיוחד שבו הושתלו אלקטרודות במוחם של חולי אפילפסיה כדי לנטר את הפעילות המוחית באזורים השונים לקראת ניתוח שנועד לסייע להם. החולים התנדבו לבחון את תגובת המוח לגירויי שמע במצבי ערות לעומת שינה.
"פער דרמטי בין הפעילות המוחית במצב ערות ושינה"
במסגרת המחקר הוצבו ליד מיטות החולים רמקולים המשמיעים צלילים שונים, והחוקרים השוו את הנתונים שהתקבלו מהאלקטרודות – פעילות תאי העצב וגלים חשמליים מקומיים באזורים שונים של המוח - בזמן ערות ובשלבים שונים של שינה. בסך הכול נאספו נתונים מכ-700 נוירונים, כ-50 נוירונים מכל נבדק, לאורך תקופה של שמונה שנים.
ד"ר חייט: "לאחר שצלילים נקלטים באוזן, האות נמסר מתחנה לתחנה בתוך המוח. עד לאחרונה רווחה הסברה שבמצבי שינה, האותות הללו דועכים במהירות כשהם מגיעים לקליפת המוח. במחקר שלנו גילינו להפתעתנו שגם במהלך השינה תגובת המוח חזקה ועשירה מהצפוי, ומתפשטת לאזורים רבים בקליפת המוח ומציתה תגובה דומה בעוצמתה לזו שנמדדה במצב של ערות. אולם בתכונה ספציפית אחת גילינו פער דרמטי בין הפעילות המוחית במצבי ערות ושינה – רמת הפעילות של גלי אלפא-ביתא".
החוקרים מסבירים שגלי אלפא-ביתא קשורים לתהליכים של קשב וציפייה, שנשלטים על ידי פידבק מאזורים גבוהים של המוח. למעשה, במקביל להעברת המידע "מלמטה למעלה" מקולטני החושים לאזורי עיבוד גבוהים, מתרחשת גם תנועה הפוכה: האזורים הגבוהים, שמסתמכים על ידע מוקדם שנצבר במוח, פועלים כמעין יד מכוונת ואקטיבית השולחים מידע "מלמעלה למטה" כדי להדריך את אזורי החושים במה להתרכז וממה להתעלם. כך לדוגמה כשצליל מסוים נקלט באוזן, אותם אזורים גבוהים מזהים אם הצליל מוכר או חדש, אם הוא ראוי לתשומת לב, או אולי אין צורך להתייחס אליו. פעילות מוחית זו משתקפת כדיכוי של גלי אלפא-בטא, ואכן, מחקרים קודמים זיהו רמה גבוהה של גלים אלה במצבים של מנוחה והרדמה. על פי המחקר הנוכחי, עוצמת גלי האלפא-בטא היא למעשה ההבדל העיקרי בין מצבי ערות לשינה בכל הנוגע לתגובת המוח לגירויי שמע.