המוח האנושי: החוקרים מתחילים לגלות איך נוצרות מחשבות?

במעבדה של הפרופ' לנוירולוגיה הנרי מרקרם מונחת חתיכת מוח אלקטרונית, צעד בדרך ליעד שאפתני: מודל שלם של המוח האנושי. זהו חלק מפרויקט שגולת הכותרת שלו עשויה להיות ההבנה כיצד נוצרת תודעה מאוסף של מיליוני חישובים סטטיסטיים שהמוח עושה. המטרה הפרקטית והמיידית יותר היא להעלות את הסיכוי למצוא תרופות וטיפולים למחלות מוח ונפש, שעלותן הכוללת לשוק האירופי מגיעה לטריליון דולר.

הנתון הזה אולי יעזור לעכל בקלות רבה יותר את היקף התקציב של Human Brain Project שמוביל מרקרם, מ-Ecole Polytechinque: 1 מיליארד אירו ב-10 שנות קיומו (2013-2023). זהו מימון אדיר במונחים של פרויקט מדעי אחד.

אחד הגורמים השותפים לפרויקט הוא האוניברסיטה העברית, ובמיוחד המעבדה של פרופ' לנוירופיזיולוגיה עידן שגב. הוא מתאר איך נראה מודל של מוח: "זהו מודל מתמטי שאפשר להציג אותו גם באופן ויזואלי, ואז אנחנו בעצם יכולים לצלול לתוך יער ענק של נוירונים, שנראים כמו עצים, כאשר השורשים של עץ אחד מתחברים לצמרת של עץ אחר. עוד לפני שמדברים על הקישוריות ביניהם, מדובר על פרויקט ננוטכנולוגי מדהים של הטבע - עצם ההכנסה של כל כך הרבה 'עצים' כאלה לשטח כל כך קטן, תוך שמירה על חוקיות הקשרים שיכולים להתקיים ביניהם. רק המוחות של יונקים מסודרים בדיוק כך - זו המצאה חדשה יחסית של האבולוציה.

"מדוע לבנות את המוח מחדש כשהוא כבר קיים? כי לנסות לבנות משהו מלמד אותך לפעמים דברים שרק המבט בו לא מלמד. הנה, אפילו רק מבנייה של המוח, עוד לפני יצירת הקישוריות, ראינו שיש אילוצים רבים שנובעים מהצורך לדחוס כל כך הרבה תאי עצב לשטח מצומצם, בחוקיות הנוגעת לאופן שבו הם צריכים לגעת זה בזה. שהאילוצים הללו מחייבים יצירה של מבנים מאוד מסודרים - משולשים ומרובעים ומחומשים. זה לא סתם ג'ונגל חסר סדר. השלב הבא הוא לסמל 'אות' העובר בין תאי המחשב. אפשר לראות אותו מתרוצץ, מתי הוא דועך וכמה זמן הוא מחזיק מעמד", אומר שגב.

והנה, בספטמבר השנה הוקדש השער של כתב העת New Scientist לפרויקט, ועליו התנוססה הכותרת "צפינו במחשבה" (We've seen a thought). מרקרם עצמו נזהר מלסמן את האירוע כ"צפייה במחשבה". "ראינו כיצד המוח הממודל יוצר לפתע, כאשר מציגים לו גירוי, סדר בכאוס, ואז היעלמות, ואז שוב הופעת סדר, ואז שוב היעלמות. זה כמו ללכת על חול ופתאום לראות ארמון, אבל זה ארמון מתמטי. יש לו גיאומטריה בשבעה ממדים, ואנחנו בטוחים שזה חלק מהאופן שבו המוח מייצג מידע. אולי זה לא כל הסיפור, אבל זה חלק מהסיפור".

- מה זה יכול ללמד אותנו?

מרקרם: "טענו את המודל שלנו בכל הידע שיש לאנושות על האופן שבו תאי עצב קשורים זה בזה ומשפיעים זה על זה. אם המערכת שלנו תצליח באמת להפוך את הקלט הזה להכרעות ולהחלטות, כמו מוח, אז יש סיכוי שבאמת הבנו נכון את מה שמתרחש במוח הרטוב".

"בניית המודל אף פעם לא מסתיימת"

לדמות מוח זו משימה לא פשוטה. כל מוח אנושי מכיל מאות מיליוני נוירונים, עם מאות טריליוני קשרים ביניהם. כל אחד מהם יכול להעביר מידע לא רק בצורה של 0 או 1, כמו מחשב, אלא מידע מסוגים שונים ובכמויות שונות.

גם מאות מדענים עם תקציב של מיליארד דולר לא יוכלו באמת לבנות מערכת כזו מלמטה למעלה, נוירון אחרי נוירון. לכן הרעיון הוא לייצג באופן ממוחשב את תאי העצב ואז לקבוע את החוקיות של הקשרים ביניהם. גם כך מדובר בדרך ארוכה.

"כנראה, אתגר הביג דאטה הכי גדול שיש היום", אומר מרקרם. לא לחינם הוא התמקם בשווייץ, שם נמצאו מחשבי-על בעלי כוח חישוב מספיק למשימה.

- האם אתה לא חושש להכניס למודל מה שנדמה לך שאתה יודע על המוח ועל בסיס זה להסיק מסקנות, במקום על העולם האמיתי?

מרקרם: "בניית המודל אף פעם לא מסתיימת. אנחנו כל הזמן צריכים לתקף אותו ולהזין אותו בנתונים ובתוצאות של כל מחקרי המוח החשובים שנעשים במעבדות ה'רטובות' ועל בני אדם חיים ומתנהגים. "אנחנו מאוד מתרגשים כשהמודל מאשש את המחקר הקיים. זה אומר שבנינו אותו היטב. אולם אנחנו מאוד מתרגשים גם כשהמודל אינו מאשש את הקיים - זה כנראה אומר שאנחנו בחזית המחקר, שמה שחשבנו שאנחנו יודעים אינו נכון וגילינו משהו חדש על האופן שבו הקישוריות במוח עובדת ועל האופן שבו המוח הופך מידע לידע. העובדה שהמודל יצר 'מחשבה', כלומר פעילות מתואמת של צברי 'נוירונים' (כלומר, יחידות חישוב) כתגובה לגירוי, אף שהוא לא תיאם את פעילותם אלא רק קישר ביניהם, היא עדות לכך שיש איזושהי ממשות בהנחות היסוד שלו".

"להתנהג כמו אדם - זה ידע נצבר"

בשלב הנוכחי, התיקוף הוא של מחקרים העוסקים ברמה מאוד בסיסית של פעילות המוח, רק לגבי האופן שבו הוא מעביר מידע בין תאי עצב. בהמשך, הכוונה היא לעלות רמה ולנבא ולאשש את הידע הקיים במדע לגבי זיכרון, תפיסה, חישה והתנהגות, תחילה במודל של מוח עכברי, ואחר כך במוח אנושי. מהבחינה הזאת, המודל הוא דרך חדשה "לעשות" מדע.

מרקרם: "כיום כל חוקר קורא ועליו להתייחס לכל המחקר שבוצע לפניו, אולם בסופו של דבר הוא מפיק את המחקר שלו, שהוא בדיד. במודל שלנו אנחנו מקווים להפגיש את כל המחקר המשמעותי הקיים לגבי אופן פעולת המוח, ואם יש מחקרים שיש ביניהם סינרגיה שמשפרת את ההבנה, אנחנו נראה זאת. אם הם סותרים, נדע שיש טעות או מגבלה".

- המודל שלכם כבר יודע לקבל החלטות, לחשב חישובים?

"עדיין לא. כרגע מדובר בחתיכה של מוח, ואנחנו לא מצפים שהיא תעשה את מה שמוח שלם עושה, אך בהחלט נצפה לכך בעתיד".

- איך אפשר לרתום את הידע הזה לטיפול במחלות?

שגב: "זו ההצדקה לכל הפרויקט. אם נוכל להעביר אותו בצורה המאפיינת מחלה כמו פרקינסון, נוכל ללמוד עליה הרבה כי במודל השינוי הזה נשלט לגמרי, והשפעתו על כל חלקי המוח ניתנת לגמרי למדידה. התקווה היא שנוכל להבין גם מחלות כמו סכיזופרניה, שאנחנו לא יודעים כמעט כלום על אופן התפתחותן ועל מנגנון פעילותן".

מרקרם: "העולם זקוק לכלים חדשים בפיתוח תרופות למחלות מוח, כי הגישות הקיימות ממש לא עובדות. מספר התרופות המפותחות למחלות מוח ממש לא עולה אלא יורד ככל שהשנים עוברות. החידושים הם בעיקר בשימוש בתרופות הקיימות למחלות נוספות.

מרקרם: "לשם הסקת מסקנות ברמה הזאת, המודל חייב להיות מאוד מאוד מפורט, וזה ייקח עוד הרבה זמן".

- אתה חושב שיום יבוא ומוח אלקטרוני יוכל לתקשר איתנו? אם זה נראה כמו מוח ועובד כמו מוח, זה מוח?

"אני לא בטוח. המוח הזה יהיה מיומו הראשון כמו מוח של אדם בגיל 21, אבל הוא לא יתפתח לנקודה הזאת באופן אינטראקטיבי, כמו שמוח של אדם באמת מתפתח. תהיה לו ההיסטוריה האבולוציונית של מוח אנושי, אבל לא את ההיסטוריה האישית שלו. זה מוח, אבל ללא היסטוריה והקשר או קשרים חברתיים. להתנהג כמו אדם - זה ידע נצבר".

- הוא יוכל לשמש לפתרון בעיות?

"כן. הוא יוכל לפתור בעיות רבות במקום בני אדם".

- לאילו בעיות הוא יתאים יותר ממחשב רגיל?

"מחשבים מקבלים החלטות מדויקות על בסיס העבר. מוחות אנושיים וחייתיים יודעים לחזות את העתיד. בני אדם שמנסים ללכת ברחוב, או אפילו ציפור שחיה בסביבה אורבנית, צריכים לקבל החלטות מנבאות עתיד כל הזמן כדי לזוז. ההחלטות הללו לא יכולות להיות חד-משמעיות, כי הרי בעתיד עסקינן ויש בו תמיד אי-ודאות. לכן רשתות חושבות הן מאוד סטטיסטיות. הן חייבות כל הזמן לקבל החלטות מיטביות בתנאי אי-ודאות ולהיות מסוגלות להתעלם מאי-ודאות, רק כדי להמשיך לזוז ולא להיתקע. בני אדם עושים את זה בפירוט יוצא דופן וברזולוציה גבוהה. ייקח זמן רב מאוד עד שניתן יהיה לתכנן מחשב שיוכל לעשות זאת. ההחלטות של המוח שלנו מבוססות על עכבר והיסטוריה פרטית וזיכרונות לא מודעים, אז מחשב שרוצה לחקות את המוח יצטרך לחקות את זה, בעוד מחשב שרוצה לפתור בעיות כמו מוח אבל לא לחקות אותו, יוכל לוותר על זה".

- המודל יקבל החלטות טובות מאלה שאנחנו מקבלים?

"לכל הפחות נוכל לגלות מדוע המוח מקבל החלטות לא מיטביות, מנקודת המבט של טעויות הנובעות מחוסר משאבים של המוח, גם אם לא מנקודת מבט פסיכולוגית".

שגב: "אני כן חושב שיוכל להיות בסופו של דבר רובוט שמבוסס על המודל הזה, שיסתובב בעולם וילמד וירגיש, ואז אין סיבה שהוא לא יהיה בדיוק כמוני".

שגב מדגיש את העובדה שהמוח שנוצר במעבדה הוא מוח "ממוצע", בעוד כל אחד מאיתנו ניחן במוח משלו. "אני לא מייצג אדום במוח כמו שאת מייצגת אדום במוח. כל אחד מאיתנו מייצג זאת ברשת אחרת שהמיקום והמבנה שלה תלויים באופן הספציפי שכל אחד מאיתנו למד על הצבע האדום.

"לפני כמה זמן, הרציתי בפני אמנים וכמה מהם התרעמו עליי באמצע ההרצאה, כי דיברתי כל הזמן על 'המוח' ולא אמרתי המוח של מי. מבחינתם, לכל אחד מאיתנו יש מוח ייחודי ויוצא דופן. מעולם לא קיבלתי תגובה כזאת לפני כן. אז כן, עקרונות היסוד של מבנה המוח זהים אצל כולנו, אבל המידע מקודד בכל מוח באופן קצת שונה".

"המוח מעדיף לפעול מהר מאשר לצדוק"

מרקרם, שנולד וגדל בדרום אפריקה, עשה את הדוקטורט שלו במכון ויצמן. לאחר מכן המשיך לפוסט-דוקטורט בארה"ב, משם עבר למכון מקס פלאנק בגרמניה, ולבסוף התמקם בלוזאן. במכון ויצמן, גילה את חלקו של החומר אצטילכולין (מוליך עצבי בין תאי עצב) בקיבוע זיכרון. "הכרתי קבוצה אחת של מדענים שחקרה את האופן שבו חסימה של אצטילכולין מובילה לחסימת זיכרון. קבוצה אחרת מיפתה קולטן שעוזר ללמידה, ואני נכנסתי ביניהן והבנתי שאצטיל כולין עוזר לקולטן הזה לעשות את העבודה שלו".

בהמשך גילה את האופן שבו תזמון חשוב ללמידה. "ידענו כבר אז שבין שני נוירונים שמגורים באותו זמן הקשר מתחזק. התרומה שלי הייתה להבנה שיש סיגנל שיכול לשפוט את הפעילות של עשרת אלפים סינפסות ביחד, וזה נעשה באירוע של מילי-שנייה. הטיימינג לא היה ידוע. היום מיישמים את הרעיונות הללו בכל תחומי הבינה המלאכותית".

- מדוע מוח בנוי כך?

"זה חוזר לרעיון שהמוח הוא מכונה שמחליטה בתנאי אי-ודאות וחשוב לה יותר לבחור מהר ולפעול מאשר להיות צודקת תמיד. כשהמוח הופך מיומן בפעילות מורכבת כמו משחק טניס או החלקה על הקרח, זה סימן שיש לו כעת הבנה מדהימה של חוקיות הסיבה והתוצאה בתחום הזה.

"בכל פעם שאנחנו נתקלים במשהו חדש, אנחנו מכניסים אותו לרשת הסיבה והתוצאה. המוח כל הזמן מחבר זיכרון חדש לזיכרון ישן, ואז מנתק ומחבר את כל הרשת כך שתחזיק גם את הזיכרונות החדשים. הזיכרונות הישנים הם בעצם רשתות. כלומר, הם כל הזמן צריכים להשתנות כדי לקלוט את הזיכרונות החדשים. לו הרשת הייתה סטטית, לא ניתן היה לפנות מקום לדבר חדש".

- האם אי פעם נמחק זיכרון או עבר למקום בלתי נגיש? כלומר, האם אנחנו שוכחים באמת, או זוכרים את כל מה שאי פעם חווינו?

"מאוד קשה לשכוח. כל זיכרון עובר אינטגרציה במקומות רבים, הוא מאוד מבוזר, ולכן מאוד קשה למחוק אותו. לעומת זאת, אם אנחנו רוצים לשלוף זיכרון, זה לא תמיד קל. אתה לא יכול תמיד באופן אפקטיבי להדליק את הרשת שקשורה לזיכרון הזה.

"דרך המודל גיבשנו את הרעיון שכדי לגשת לרשת הזו, צריך ליצור את המצב בתוך המוח שבו היית כשהזיכרון הזה היה נגיש, ורק כך אתה מקבל את ה'מפתח' לזיכרון. זה לא שצריך לחפש את הזיכרון כמו במחסן, אלא לשחזר את המצב המנטלי, ולכן דברים שקשורים לאותו זיכרון מאפשרים לזיכרון לעלות מחדש.

"נניח שאומרים לך, 'זה קרה בחנוכה כשהיית בת עשר'. אז איפה היית? בישראל, אולי בחו"ל. היו נרות? מה היה הטעם של הסופגנייה? התמונות הרבות שאנחנו מצלמים היום וטביעת הרגל הדיגיטלית שלנו דווקא יכולות לעזור לנו בהקשר הזה. כך אפשר לזכור דברים מדהימים, בעיקר אם מתאמנים על זה, וכל אחד יכול להפוך לאמן זיכרון. אלא שיש לנו גם עוד כמה דברים לעשות".

- האם נוכל בעתיד "להוריד" זיכרונות לתוך מודל של מוח כמו זה שאתם בונים, כדי לשמור אותם בנגישות גבוהה יותר?

"אני לא חושב שמודל המוח יוכל אי פעם להיות מותאם אישית, כי להערכתי הוא תמיד יהיה מורכב ויקר. אולם אני מאמין שבאמצעותו נלמד איך להגיע לזיכרונות יותר בקלות או איך לשכוח יותר בקלות במקרים שבהם זה נחוץ".

- אומרים שבכל שליפה, הזיכרון המקורי משתנה.

"נכון. זה קצת מפחיד. הזיכרונות באמת לא כל כך מדויקים. אנחנו משנים את הזיכרון כדי להתאים למי שאנחנו עכשיו, כי המוח לא מסוגל לעמוד בקלות בקונפליקטים. קשה לנו להחזיק בהיפותזות המתחרות זו בזו. לכן אם כרגע את חושבת שאת נהדרת או שבן הזוג שלך נהדר, לזיכרון שסותר את זה יהיה קשה יותר להיכנס. ואם הוא כבר נכנס, אז מצב המוח ישתנה, והוא יביא איתו מבול של זיכרונות ומחשבות שליליות. למעשה, מדהים עד כמה התפיסה והזהות והזיכרונות שלנו הם שבריריים. זו הסיבה שבגללה אנחנו סומכים זה על זה, כדי להיזכר וכדי להבנות מציאות.

"עבור עיתונאים, למשל, זה מאוד קשה, כי אם תראייני אדם אחד פעמיים, עלול לצאת לך פרופיל אישי או פרופיל מציאות שונים לחלוטין, ואי-אפשר לפתור את טעויות המוח ב'זה שטויות'. לטעויות הללו יש השפעה, למשל על כך שהמוח לא מבין סיבה-תוצאה לפי המתודה המדעית, ואם שני דברים קורים יחד הוא מיד חושב שזה סיבתי, בעיקר אם נמצאים במצבי לחץ או אם יש לנו אינטרס חבוי לחשוב כך".

- זו הסיבה שכל כך קל להתחרות במדע עם סיפורים לא מבוססים?

"כן, כי המוח לא יכול שלא לראות סיבתיות, אפילו אם היא לא קיימת. המוח שלנו נפלא, אבל הוא בהחלט יכול לטעות מאוד ולהפוך את החיים שלנו למאוד קשים".