איך אפשר להפוך לחכמים יותר: תתחילו עם המוח עצמו

איש עוד לא פענח מהם האותות במוח האנושי שגורמים למחשבות מורכבות, הופכים רעיון למילים או יוצרים זיכרון רב רושם. אבל התפתחויות חדשות בתחום הנוירו-טכנולוגיה עשויות לשדרג את איכויות הלמידה האנושיות כבר בקרוב.

מדענים וחוקרים ממציאים כיום מגוון מכשירים לשיפור יכולות הלמידה: החל ממערכת לגירוי עצבי שניתן ללבוש על הגוף ומגבירה את הריכוז, ועד אוזניות אלחוטיות שניתן להרכיב על הראש ולגרום באמצעותן למוח אחד לתקשר עם מוח אחר.

חלק מהניסויים שנציג בכתבה עוזרים לנוירונים לחזק את הידע שאנחנו רוכשים, באמצעות האזנה ל"לחישות החשמליות" שיוצרות מחשבות במוח. מחקרים אחרים, בהם כאלה שממומנים על-ידי זרוע המחקר של הפנטגון, הסוכנות למחקרי ביטחון מתקדמים (DARPA), בוחנים דרכים לשפר את יכולת הלמידה של המוח על ידי הרחבת טווח החושים שלנו - כך שיכלול אורכי גל אחרים של אור או תדרים אלקטרומגנטיים.

במקביל, מומחים לחינוך מנסים להבין כיצד ההוראה בכיתה וחוויות למידה שונות משפיעות על התפתחות המוח. הם עוקבים אחר שינויים קוגניטיביים בקרב 11 אלף צעירים במשך עשור - במחקר הכי ארוך שנעשה אי פעם בארה"ב על התפתחות המוח האנושי בילדות.

התקדמות נוספת מתרחשת בתחום ממשק מוח-מחשב, תחום המפתח תקשורת ישירה בין המוח לבין מכשיר טכנולוגי. ממשקים חדשים כמו Neuralink שמפתח אלון מאסק, מבטיחים לשנות את תהליך הלמידה האנושי על ידי הגדלת מספר רשתות התקשורת המהירות שבתוך המוח. אלא שעבור רובם נחוצים ניתוחי ראש - מה שמגביל את השימוש בהם בקרב ילדים ומבוגרים בריאים.

שלל ההתפתחויות הללו בתחום הנוירו־טכנולוגיה מבטיחות לשנות את האופן בו המוח האנושי מתפקד. בסופו של דבר, אומרים מדענים, זה גם ישפיע על התפיסה העצמית שלנו. מחקר חדש על טכנולוגיית ניטור מוח שפורסם במגזין APL Bioengineering כבר מצביע על ההשלכות: טכניקות לגירוי המוח, למשל, עשויות לגרום לשינויים בהתנהגות ובמאפייני האישיות, ולעיתים גם לשינוי בתחושת הזהות האישית.

הפיתוחים האלה גם מעלים שאלות אתיות מאתגרות בסוגיות כמו פרטיות, הגינות וגישה לפיתוחים כאלה ואחרים. "נניח שיהיה קיים תותב שמשפר את יכולת הזיכרון של האדם, האם מדובר ביתרון לא הוגן?", תוהה הנוירו־מדען רוברט המפסון מהמרכז הרפואי Wake Forest שבווינסטון־סאלם, צפון קרוליינה. וזה בדיוק מה שחושש ממנו אלפרד אמונדי, מנהל תוכניות במשרד הטכנולוגיות הביולוגיות של DARPA: "אנחנו לא רוצים ליצור פערי מעמדות בין מי שיש להם גישה לטכנולוגיה, לעומת מי שלא".

גלישת המוחות: לחשוב ביחד, באמת

תארו לעצמכם עולם שבו התלמידים לא רק רואים עין בעין עם המורים שלהם, אלא מוח במוח. נשמע אוטופי? מדענים כבר עובדים על אוזניות אלחוטיות שיכולות לשתף מידע בין מוח אחד לאחר, והן עשויות להתחיל מבחנים טרום קליניים בחודשים הקרובים. בכך הם מקרבים אותנו צעד נוסף אל עולם בו מוחות בכיתה יכולים להתמזג, עולם בו אנשים מתחברים למחשבים - בכוח המחשבה בלבד.

 מקבילית המוחות / צילום: Shutterstock

לא פחות מ-18 מיליון דולר השקיע משרד ההגנה האמריקאי כדי לקרב את המציאות לחזון. צוות מדענים בהובלת הנוירו־מדען ג'ייקוב רובינסון מאוניברסיטת רייס, משלב לצורך כך מגוון תחומים - פיזיקה אופטית, ננו-טכנולוגיה, גירוי מגנטי והנדסה גנטית - לכדי טכנולוגיית לבישה. התוצר הוא מעין קסדה על הראש, המשתמשת באור על מנת לפענח פעילות עצבית במוח אחד, ומשתמשת בשדות מגנטיים על מנת לקודד את הפעילות הזו במוח אחר - והכול תוך פחות מעשרים מאיות השנייה. בפועל, מה זה אומר? "שתוכל לחשוב על מילה או דימוי ולהעביר זאת באופן ישיר וכמעט מיידי למישהו אחר", מסביר ד"ר רובינסון.

ככה זה הולך לעבוד: כדי לקרוא את הפעילות העצבית של המוח, צוות המחקר ישתמש בהנדסה גנטית. באמצעותה הוא ישנה את הנוירונים, כך שיספגו אור כשהם מעבירים מידע. בנוסף, הוא ישתמש בטכנולוגיה של ריפוי גנטי, שכבר נמצאת בפיתוח עבור טיפול באלצהיימר. את השינויים הזעירים האלה באור ניתן לקלוט על ידי חיישני פוטונים, שהומצאו גם הם רק לאחרונה. החיישנים הללו הושתלו בתוך אוזניות, כך שניתן להעביר אותם למוח נוסף. כדי שהמוח הנוסף יקבל את המידע, אותות מגנטיים יפעילו את הנוירונים.

אם כל זה אכן יתקיים, המוחות המקושרים הללו יוכלו יום אחד להתכנס וללמוד ב"כיתת המוחות". היום הזה כאמור, לא מאוד רחוק: מדענים מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי ומהמכון האמריקאי לייצור מולקולרי, חוזים שתוך 20-30 שנה ממשקים עצביים לא פולשניים שכאלה יכולים להביא ל"אינטרנט מחשבות". כזה שיחבר נוירונים לרשתות מחשוב ענן עצומות בזמן אמת, ויספק גישה ליכולות אחסון ועיבוד של מחשבי-על ושל מערכות אינטליגנציה מלאכותית. "אני רואה בעיני רוחי יום בו אנשים 'יתחברו' למוחות זה של זה במקומות העבודה והלימודים, ואפילו במצבים חברתיים", אומר רובינסון.

לשלוט באלף שפות

כמה פעמים התחלתם ללמוד ספרדית בדואולינגו, ואז התייאשתם? עכשיו דמיינו שהייתם יכולים ללמוד שפה זרה תוך חודשים ספורים בלבד. חוקרים במימון DARPA מוצאים דרכים לחזק את יכולת המוח על ידי אספקת אנרגיה לעצבים מרכזיים בעזרת זרמי חשמל מיקרוסקופיים. מרגע שהטכנולוגיה תהיה מעשית, כל מי שיצמיד לראשו אלקטרודה קטנטנה או מכשיר מיוחד בזמן שהוא לומד שפה חדשה, עשוי לשלוט בה תוך כמה חודשים במקום כמה שנים.

 מחשבה ממריצה / צילום: Shutterstock

כיום החוקרים מתמקדים בעצב הוואגוס, המחבר בין הצוואר לבטן ועוזר לווסת מצבי רוח, תגובות של מערכת החיסון, עיכול וקצב לב. בנוסף הם מתמקדים גם בעצב הטריגמינאלי, המעביר מידע חושי לפנים וללסת.

זרמים חשמליים זעירים הנשלחים אל קצות עצבים אלה יכולים לגרום לשחרור חומרים במוח, כמו אצטילכולין, דופמין, סרוטונין ונוראפינפרין, שעוזרים להפוך את הלמידה ליותר יעילה, כך מסבירים מדענים החוקרים את הטכניקה הזו. אלה יכולים לשפר תשומת לב, זיהוי והבנת דפוסים, כמו גם זכירת הוראות וארגון מידע חדש. הטכניקה הזו שימשה עד כה לטיפול בכאבים כרוניים: יותר מ־100 אלף מטופלים עברו השתלות בעצב הוואגוס על מנת לטפל באפילפסיה, דיכאון או מיגרנות.

הניסוי עוד לא מושלם: המדענים עדיין לא יודעים איך לכוונן את זרמי החשמל באופן מדויק, כך שיווצר מצב מוחי המשפר את הלמידה. גם לא ידוע האם ישנן השפעות לוואי ארוכות טווח לחשמול קצות העצבים במוח. אבל אם יפצחו זאת, אומר ג'סטין וויליאמס, נוירו־מדען מאוניברסיטת וויסקונסין־מדיסון, נזכה לדבר צרפתית או ערבית בקלות. "אם נצליח לגרות את העצבים באופן פחות פולשני, נוכל להתקדם וליישם זאת לא רק על אנשים הסובלים מפציעות ומחלות".

השבחת הזיכרון: זיכרון גרוע הוא נחלת העבר

בין אם מדובר בשינון אין סופי לקראת מבחן ובין אם בשכחה תמידית של שמות הקולגות - זיכרון גרוע הוא מנת חלקם של רבים. כדי לחזק את יכולת הזיכרון, מהנדסי ביוטכנולוגיה עושים ניסויים בהשתלת שבבים למוח, שמגבירים את יכולת הלמידה שלנו על ידי תפיסה ותיקון הטעויות שהמוח עשוי לעשות כשהוא מקודד מידע חדש.

 לזכור - ודבר לא לשכוח / צילום: Shutterstock

ד"ר רוברט המפסון הוביל לאחרונה ניסוי המשותף ל-Wake Forest ולאוניברסיטת דרום קליפורניה בלוס אנג'לס: הם השתילו מכשיר ניסיוני במוח וגילו שבמבחני זיכרון פשוטים, הוא יכול לשפר את הביצועים בשיעור של עד 37%. הם בחנו את המערכת הניסיונית על 15 מתנדבים שכבר הושתלו במוחות שלהם אלקטרודות במקומות שונים, כולל בהיפוקמפוס (אזור במוח שאחראי על יצירת זיכרונות, פירוט נוסף בהמשך), כחלק ממחקר בנושא אפילפסיה.

המטרה האולטימטיבית שלהם היא פרוטזת מוח אלחוטית שניתן לחבוש. מעין כובע חשיבה לכל מי שרוצה ללמוד משהו חדש - החל מיוצאי צבא המשתקמים מפציעות ראש טראומטיות, דרך קשישים הסובלים מאלצהיימר וכלה בסטודנטים המנסים לשנן חומר למבחן. זה יכול לקחת עוד כמה עשורים עד שמכשיר כזה יהפוך למציאות.

"הזיכרון חיוני לתפקוד הקוגניטיבי שלנו, הוא בעצם מאפשר לנו לייצר את הנרטיב של חיינו", אומר מת'יו פאבה, מנהל תוכניות במרכז הטכנולוגיות הביולוגיות של DARPA, שמתקצבת פיתוח שתלים עבור לוחמים לשעבר שסובלים מבעיות זיכרון.

ואם נפרט יותר, הרי שכרגע פועלות מספר קבוצות מחקר שבוחנות את אותם שתלים ניסיוניים באונה הטמפורלית - איזור במוח הקשור לזכירת מילים - ואם להיות יותר ספציפיים: באיזור שנקרא היפוקמפוס (באנגלית: סוסון ים), המתפקד במוח כמרכזייה ללמידה והיזכרות במידע, וקיבל את שמו מצורת הנוירונים שלו, שנראים כמו היצור המיתי.

בניסוי האחרון שלהם, תאי זיכרון פגועים הושבחו על ידי גירוי בעזרות אותות חשמליים שהוקלטו מנוירונים בריאים. בזמן שהמתנדבים בחנו תמונות של צמחים, חיות ונופים, השתל ניטר ללא הרף את הפעילות המוחית שלהם. בכל פעם שמצא תאים במוח שהפיקו מידע שגוי בזמן יצירת זיכרונות, ניגן השתל את האות מנוירון המתפקד כהלכה. המדענים של הניסוי מספרים שככל הנראה, השתל עקף את התדר השגוי והבטיח שהזיכרון של הדימוי שנצפה קודד באופן נכון.

"זה כמעט כאילו יש לך גרסה טובה יותר של עצמך שמלמדת אותך איך לזכור טוב יותר", אמר דונג סונג, מהנדס ביו־רפואי באוניברסיטת דרום קליפורניה ושותף במחקר. גורמים בכירים ב־DARPA מתגאים בכך שזו הפעם הראשונה בה מדענים מצליחים לזהות קוד בתא מוח של מטופל או דפוס זיכרון ובעצם "לכתוב לתוכו" קוד שגורם לזכרונות הקיימים לפעול טוב יותר.

וחשוב מזה, המכשיר מהווה עדות משכנעת לכך שמדענים יוכלו בעתיד לשפר את אחת הפונקציות החשובות ביותר של המוח - היכולת לאחסן ולזכור זיכרונות.

משחקי המוח: למידה משודרגת באמצעות משחקים

ערמה של פירות אבוקדו מרוסקים, תמנון רעב או עדר של חייזרים: כך רואה יאן ל' פלאס את העתיד של השיפור הקוגניטיבי. כל אלה הם דמויות בשלושה משחקי מובייל ניסיוניים שפלאס פיתח תוך שיתוף פעולה עם פסיכולוגים התפתחותיים, נוירו־מדענים ומומחי חינוך. הוא עצמו מומחה ללמידה דיגיטלית באוניברסיטת ניו-יורק ומחבר משותף של "המדריך ללמידה המבוססת על משחקים".

 משחקי המוח / צילום: Shutterstock

המשחקים - חינמיים ומיועדים לילדים בגילאי ארבע ומעלה - נועדו לשפר כישורים קוגניטיביים, כולל זיכרון עבודה, ריכוז וגמישות מחשבתית. יעילותם מתועדת בשמונה מחקרים מדעיים שעברו ביקורת עמיתים. זו נקודה משמעותית, כיוון שבעוד שיש אלפי משחקים ואפליקציות חינוכיות - אין הרבה עדויות לכך שהם משפרים יכולות למידה, כך על פי מחקר שפורסם השנה בכתב העת Journal of Experimental Psychology.

המשחק הראשון נקרא "גואקמולה", והוא תוכנן לאמן את המשתמשים לדחיית סיפוקים, ובמילים אחרות: לשלוט בתשומת הלב, ההתנהגות, המחשבות והרגשות. המשחק CrushStations מתמקד באימון הזיכרון, והמשחק All You Can Eat נועד לאמן גמישות קוגניטיבית. כלומר, את היכולת ללהטט בין כמה מחשבות במקביל.

"המשחקים מבוססים על הבנתנו את הדרך שבה המוח פועל: איך הוא מעבד מידע או מפתח רגשות", אומר ד"ר פלאס ומסביר את הרציונל: "כשאתה נמצא במצב רוח חיובי ומשעשע כשאתה לומד - הוכח שזה עוזר ללמידה".

עם זאת, המשחקים עדיין בגדר ניסוי בהתהוות. כדי לקבוע אם הם אכן משפרים פעולות מוחיות, המדענים מתכננים לבחון ילדים לפני ואחרי שהם משחקים בהם, באמצעות מבחנים קוגניטיביים שפותחו על ידי המכון הלאומי לבריאות.

לעקוב אחר האישונים: איך לשפר יכולות ריכוז

מה באמת קורה במוח שלנו כשאנחנו מתים משעמום? השאלה הזו מעסיקה חוקרים הבודקים את המוח בזמן אמת, במצבים כמו חוסר תשומת לב ועניין, או לחילופין התמקדות וריכוז. כדי למצוא לה מענה, מדענים ממכללת ביילור לרפואה מנסים לזהות שינויים זעירים בשרירים המרחיבים את אישון העין, באמצעות מצלמה עם פילטרים של אולטרה סגול ואינפרא אדום. מדובר בדרך לא פולשנית ולא כואבת לניטור הכימיה במוח, במאמץ לשפר יום אחד את תנאי הלמידה.

 אישונים לומדים / צילום: Shutterstock

במבחני האבטיפוס שלהם על עכברים, גילו מדענים שהתרחבות האישונים מעידה על רמות המוליכים העצביים ברחבי המוח, כמו האצטילכולין שמשפיע על הריכוז, הלמידה והזיכרון, ומעביר את המוח מהסחת דעת לתשומת לב.

כמעט כל מערכת שנועדה לשפר מצבי למידה כאלה ואחרים, צריכה למצוא דרך לעקוב אחר מוליכים עצביים בתוך המוח. החיישן הזה שמבוסס על האישונים הוא משוב חיוני למכשירים הניסיוניים שתוארו קודם לכן בכתבה. בינתיים, הניסוי בחיישן האישונים מוגבל למחקר על חיות מעבדה, וגם על כמה מתנדבים שסובלים ממגבלות נוירו־קוגניטיביות חמורות.

"קריאה סופר רגישה של האישון, למעשה מאפשרת לנו למדוד האם אנשים מעורבים או שמים לב לסיטואציה", אומר הנוירו־מדען מת'יו ג'יימס מקגינלי, החוקר את החיישן הביולוגי המבוסס על אישונים. "ניתן לשלב את החיישן באמצעי למידה מקוונים כדי לקבוע את קצב המידע, או אפילו לשנות את אסטרטגיית ההוראה כשהתלמידים מפסיקים להגיב".

כשהחיישן הזה ישתכלל בעתיד, יהיה אפשר לשלב אותו בעדשות מגע או במשקפי מציאות מדומה. במעבדות רבות, מהנדסי ביוטכנולוגיה כבר עובדים על עדשות מגע שיכולות לעקוב אחר סמנים ביולוגיים ובריאותיים של המרכיב אותם. "יום אחד כשתלך לקנות עדשות מגע, תוכל לרכוש אותן", אומר ד"ר מקגינלי. "זה יהיה כמו לשתול אלקטרודה בגזע המוח".