ה"שידור החוזר" של ההיפוקמפוס
– לא רק בשינה

מה קורה במוח שלנו כשאנחנו נזכרים במה שעברנו במהלך היום? מחקר חדש מראה שבאזור ספציפי במוח האדם – ההיפוקמפוס – מתרחש שחזור של אירועים שהתרחשו ברצף מסוים בזמן. טכניקה חדשה לניתוח התוצאות של fMRI מגלה דפוס פעילות מוחית שמשחזר את רצף האירועים. הממצאים הללו פותחים פתח להבנה טובה יותר של תהליכי קבלת ההחלטות והתכנון במוח האנושי.

במחקרים קודמים התחקו החוקרים אחרי הפעילות החשמלית במוחם של עכברים וחולדות, ומצאו שהם מסוגלים לשחזר במוחם, כאשר הם נמצאים במנוחה, את הנתיב שבו הלכו לפני כן במבוך. זאת הם עושים באמצעות תאים מיוחדים בהיפוקמפוס – אזור שאחראי בין היתר על ניווט במרחב – שנקראים תאי מיקום. כל אחד מתאי המיקום האלו פעיל כשהחיה נמצאת במקום מסוים, וכשהיא עוברת למקום אחר, תא אחר מופעל. בזמן השחזור, התאים האלו מופעלים בסדר וברצף שתואמים את נתיב ההליכה של החיה. עוד התגלה שהחיות משחזרות את רצף המיקומים גם בסדר שבו התרחש וגם בסדר הפוך. למעשה, מוחן מבצע פעילות שדומה להרצה מהירה של הקלטה במכשיר VOD, קדימה או אחורה.

המחקר הנוכחי נעשה בשיתוף פעולה בין פרופ' יעל ניב מאוניברסיטת פרינסטון ופרופ' ניקולס שוּק (Schuck) ממכון מקס פלנק בברלין. בריאיון לאתר מכון דוידסון אומרת פרופ' ניב: "הנחנו שאם ההיפוקמפוס ביונקים אחרים יכול לקודד רצף של אירועים בזמן, גם ההיפוקמפוס האנושי יוכל לעשות זאת". כדי להראות את הקידוד הזה, השתמשו החוקרים בטכניקת דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI), שמאפשר לבחון איזה אזור במוח מופעל בעת ביצוע מטלה מסוימת. 

קבלת החלטות לא-מרחבית

המטלה שהוצבה בפני 33 הנבדקים כללה הסתכלות בתמונות של פנים ושל בתים, שהיו מעט שקופות והונחו זו על זו. בכל פעם תמונה אחת הייתה של בית ואחת של פנים, והנבדקים התבקשו להחליט מהו ה"גיל" של אחד המצולמים – אדם או בית – לפי הנחיה שניתנה להם לפני כן. כל עוד התשובה לתמונה מסוימת, כלומר צעיר או זקן, הייתה זהה לזו שניתנה לתמונה הקודמת, הקטגוריה שהנבדקים היו צריכים להחליט על גילה (פנים או בתים) נשארה כשהייתה. לעומת זאת, אם תשובתם השתנתה, מצעיר לזקן או מזקן לצעיר, בצעד הבא השתנתה הקטגוריה, פנים או בתים, שהנבדקים היו צריכים להחליט על "גילה". בסך הכל היו במטלה 16 מצבים אפשריים של שני גירויים עוקבים, לדוגמה, בית "צעיר" ואחריו בית "זקן", פנים צעירות ולאחריהן בית "צעיר" וכן הלאה. 16 המצבים יכלו להופיע בכל מיני רצפים במהלך המטלה, אך מספר הרצפים האפשריים היה מוגבל. בשביל להצליח במטלה, הנבדקים היו צריכים לזכור בכל צעד את הצעד שקדם לו, וכך לחוות רצפים בזמן (אך לא במרחב).

הנבדקים עברו סריקת fMRI במהלך המטלה, וגם לפניה ואחריה במצב מנוחה. הסריקה שנעשתה בזמן ביצוע המטלה נועדה לזהות את דפוסי הפעילות המוחית שנראים בתגובה לצירופים שהופיעו לפניהם, ואילו הסריקה אחרי המטלה נועדה לבדוק אם הנבדקים משחזרים את אותם דפוסים במוחם בזמן מנוחה. כדי לוודא שאכן מדובר בשחזור של דפוסים שנלמדו ולא בפעילות אקראית, סריקת המוח לפני ביצוע המטלה שימשה כביקורת. 

רצף האירועים מיוצג ב-OFC

החוקרים מצאו שרצף דפוסי הפעילות שנראה בהיפוקמפוס לאחר ביצוע המטלה משקף את הסדר שבו התרחשו החוויות שחוו הנבדקים קודם לכן, בעת ביצוע המטלה. כלומר, פעילויות מוחיות שהתרחשו זו לאחר זו היו קשורות לאירועים שהתרחשו בסמיכות זה לזה במטלה - זיהוי של פנים זקנות ואחריו זיהוי של בית חדש, למשל. אולם הממצא המעניין ביותר היה, שמידת השחזור של סדרת האירועים בהיפוקמפוס במצב מנוחה הייתה קשורה לרמת הפענוח שלהם בקליפת המוח הארובתית-מצחית (האורביטו-פרונטלית, OFC), בזמן ביצוע המטלה. אזור זה הוא חלק מקליפת המוח הקדם-מצחית שקשור לקבלת החלטות. מכאן הסיקו החוקרים שעל ידי "שידור חוזר" (replay) של רצף האירועים, ההיפוקמפוס "מאמן" את ה-OFC לייצג אותם.

התפקיד הזה של ה-OFC, מסבירה פרופ' ניב, הוא חדש לגמרי למדע, ולא היה ידוע עד כה. "תפקידו של ה-OFC לא היה ברור לגמרי. ידעו שהוא קשור באופן כללי לתכנון ולקבלת החלטות, אבל אנחנו גילינו תפקיד ספציפי יותר שלו – הוא יוצר מעין 'מפה וירטואלית' של המטלה, ועוזר לנו להבין היכן אנו נמצאים על המפה הזאת, כמו ש'מפות גוגל' עוזרות לנו להבין היכן אנחנו נמצאים במרחב," היא אומרת.

המחקר אף הראה לראשונה, באמצעים לא-פולשניים, שההיפוקמפוס של בני אדם מבצע "שידור חוזר" של דפוסים לא-מרחביים. ההישג הזה התאפשר הודות לשילוב של fMRI עם טכניקה חדשה של ניתוח נתונים, שלא נעשה בה שימוש עד כה. מחקר בבני אדם, בניגוד למחקרים בבעלי חיים, מציע יתרון נוסף: הנבדקים האנושיים יכולים לתאר את תהליכי המחשבה שלהם, ולכן אפשר לשאול אותם אם הם מודעים לשידור החוזר שמתרחש במוחם ואיך הדבר מסייע להם בתכנון ובקבלת החלטות. כעת החוקרים מתכננים מחקר המשך, שבו ינסו להשיב על השאלות האלה.