חולדות הצליחו לסייר בסביבה וירטואלית דרך הפעלת מוחן בלבד
דמיינו לעצמכם שאתם מטיילים על חוף הים האהוב עליכם ומביטים בגלים. כעת אולי אתם מתרחקים מהחוף והולכים על הטיילת. בדמיונכם אתם יכולים לשחזר פרטים קטנים – החנויות שעברתם לידן, שביל האופניים ועוד. היכולת שלנו לזכור מקומות שהיינו בהם בעבר ולבקר בהם בדמיוננו היא תכונה מרתקת, שמדגימה היטב את האופן שבו מוחנו מנתח את העולם.
כדי לדמיין את עצמנו במקום אחר עלינו ראשית ליצור מודל מנטלי של המקום שבו היינו, ולדמיין את עצמנו מנווטים בו. בתהליך הזה ממלא תפקיד מרכזי מבנה מפותל במוח הקרוי "היפוקמפוס". אף שאנחנו יודעים לא מעט על תפקידיו של ההיפוקמפוס ועל מנגנוני ניתוח הסביבה והניווט במוח, עדיין לא ברור איך התהליך הזה נעשה באופן רצוני. האם אנו יכולים לגשת דרך ההיפוקמפוס לזיכרונות, כדי לחיות מחדש את הסביבה שבה היינו בעבר?
בהיפוקמפוס יש קבוצה של תאים שמאפשרת ליונקים ליצור מעין דגם מוחי של סביבות שבהן ביקרו ולנווט בהן. על גילוי התאים הללו, שנקראים "תאי מקום", זכו שלושת החוקרים שגילו אותם בפרס נובל לרפואה ופיזיולוגיה בשנת 2014.
תאי מקום פועלים באופן מתואם כשבעלי חיים מסתובבים במרחב, ומייצגים את הזיכרון המרחבי שרכשו. בשנים האחרונות התאים הללו נחקרו רבות, וכיום אנו מבינים שיש להם תפקידים נוספים ומורכבים. למשל מחקר שנעשה במעבדתו של נחום אולנובסקי במכון ויצמן למדע מצא שתאי המקום של עטלפים פעילים גם בהקשרים חברתיים, ומאפשרים ליונקים המעופפים לעקוב אחרי מקומם של עטלפים אחרים.
בהיפוקמפוס יש קבוצה של תאים שמאפשרת ליונקים ליצור מעין דגם מוחי של סביבות שבהן ביקרו ולנווט בהן | Shutterstock, SciePro
מי מזיז את הגבינה שלי?
במחקר חדש שילבו החוקרים חולדות, ממשק מוח-מכונה ומציאות מדומה, וניסו להבין באמצעותם איך אנו יכולים להפעיל את תאי המקום במוחנו, לשוב בעיני רוחנו למקומות שבהם ביקרנו בעבר ולטייל בהם בלי לקום מהכורסה. החולדות הוצבו על הליכון מעוגל שאיפשר להם לנוע לכל הכיוונים, וסביבו מסך שהקיף את שדה הראייה שלהן ב-360 מעלות ואיפשר להן לסייר בסביבה וירטואלית. תנועתן על ההליכון הותאמה לסביבה הווירטואלית שעל המסך, וכך יכלו להתקדם במרחב וללמוד להכיר אותה.
סרטון מתוך המחקר, שמראה את אחת החולדות על ההליכון בסביבה הוירטואלית, ומסביר על מהלך הניסוי:
בשעה שהחולדות סרקו את סביבתן ויצרו מפה מנטלית שלה, החוקרים הקליטו את פעילות תאי המקום שלהן באמצעות אלקטרודות שהושתלו להן בהיפוקמפוס. בשלב הבא לימדו אותן שאם יגיעו לנקודה מסוימת בסביבה המדומה שהוצגה להן הן יקבלו פרס. החוקרים נעזרו בבינה מלאכותית כדי לנתח את פעילות תאי העצב שהגיבו לסביבה המוכרת, ולמדו באמצעותה את המשמעות של דפוסי הפעילות של התאים, בהתאם למקומן של החולדות בסביבה הווירטואלית.
גם בשלב הבא נדרשו החולדות להגיע אל היעד הווירטואלי כדי לקבל את הפרס, אך הפעם תנועתן על ההליכון לא השפיעה על מקומן בעולם הווירטואלי. במקום זאת היה עליהן "להשתגר" ממקום למקום באמצעות הפעלה מדויקת של תאי המקום. כלומר היה עליהן לדמיין שהן נעות במרחב הווירטואלי. כשעשו את זה נכון, התמונות על המסך זזו והקפיצו אותן קדימה במסלול המשוער שעליו חשבו בעיני רוחן. ההתקדמות הזאת התאפשרה בזכות הבינה המלאכותית, שקלטה באמצעות האלקטרודות את דפוסי הפעילות של התאים והמירה את האותות לתנועה בעולם הווירטואלי.
במשימה נוספת הראו החוקרים שאותה שיטה אפשרה לחולדות אפילו להזיז חפץ וירטואלי בזירה ולהניח אותו במקום הנכון.
סרטון שמראה את החולדות זזות בסביבה הוירטואלית בעזרת הפעלה של תאי ההיפוקמפוס:
דע את מקומך
אף שהמטלות שקיבלו החולדות היו חדשות עבורן וחייבו אותן ללמוד לעשות שימוש רצוני בממשק מוח-מחשב, הן הסתגלו במהירות ולמדו היטב להסתובב במרחב וירטואלי, ולפעול בתוכו באמצעות המחשבה בלבד. המחקר חושף נדבכים חשובים באופן שבו המוח מייצג עבורנו את הסביבה ומאפשר לנו לשוב ולבקר בה. הוא גם ממחיש שחולדות, בדומה לנו, יכולות אף הן לדמיין שהן נמצאות במקום אחר, ושהתנועה המדומה הזאת מבוססת על פעילותם של תאי המקום. אפשר לקוות שבזכות מחקרים כאלה נלמד להבין איך המוח מנתח את המציאות ואיך הוא יוצר זיכרונות, ואולי אפילו לשפר במידת מה את תפקודו של מוח שנפגם מתאונה או מחלה.
