תעלול חזותי ידוע מתחולל כאשר אנו מביטים בריבוע, ולפתע הוא מתחלף במלבן מוארך. בפועל, הריבוע נמחק והמלבן מופיע, אבל לנו נראה שהריבוע מתארך בהדרגה עד שהוא הופך למלבן. מדוע זה קורה? מה אומרת תופעה זו על יכולתו של המוח לנתח, לעבד ולהבין את המציאות לאשורה, על-פי הנתונים שמועברים אליו מאיברי החישה, כגון העין?
באחרונה גילה הפרופסור עמירם גרינולד, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, מה גורם למוח לטעות בהבנת המציאות של הריבוע המתחלף במלבן. ממצא זה, שיש לו השלכות מרחיקות לכת על אסטרטגיות עיבוד הנתונים במוח, פורסם השבוע בכתב העת המדעי Nature.
במכון ויצמן קובעים כי מחקר זה הוא ציון דרך במאמץ מדעי מתמשך לפענוח הצופן העצבי של המוח, דבר שיאפשר להבין את עקרונות הפעולה הבלתי ידועים של "מערכת ההפעלה" של המוח. הפרופסור גרינולד אומר כי פענוח הצופן העצבי יביא ל"קפיצת מדרגה" בחקר המוח.
בעבר גילה הפרופסור גרינולד כי קבוצות תאים המעבדות נתונים שונים במוח מאורגנות בהקשרים גיאומטריים קבועים. כלומר, עיבוד המידע במוח מתבסס על חלוקה גיאומטרית-מודולרית של קבוצות תאים מוגדרות, החוזרת על עצמה שוב ושוב. כך, לדוגמה, קבוצת תאים העוסקת במטלה ייחודית יוצרת מבנה מרחבי המשתלב במבנה אחר תוך כדי שמירה על הקשר גיאומטרי קבוע, וזה נוצר על ידי קבוצת תאים אחרת, המטפלת בעיבוד חלקים אחרים של המידע. למשל, כאשר המוח קולט מידע חזותי, קבוצות התאים המעבדות את ממד העומק משתלבות כמעין לבני משחק לגו בקבוצות תאים העוסקות בעיבוד צבע, ובקבוצות תאים אחרות המעבדות את נתוני הצורה.
השילוב הגיאומטרי-מודולרי המדויק, החוזר ונשנה, של כל "רכיבי הלגו" האלה, יוצר במוח מעין מערך אדיר של "מיקרו-מעבדים" זהים במבניהם ובצורתם. מעבדים כאלה מכסים את כל שדה הראייה, והם מפרקים את התמונה לרכיביה השונים: עומק, תנועה, צבע ותכונות חזותיות אחרות, מעבדים כל תכונה בנפרד, ולאחר מכן, באזורים עילאיים במוח, הם בונים את התפיסה הכוללת של הראייה.
אנשי מכון ויצמן מדווחים כי תגלית זו, וכן גם תגליות נוספות, בוצעו באמצעות מערכת ייחודית שפיתח הפרופסור גרינולד. המערכת מבוססת על צילומיה של מצלמה מהירה ורגישה במיוחד ועל סדרה של צבעים שפותחה במעבדתו של גרינולד בידי הכימאית דוקטור רינה הילדסהיים.
שיטת צפייה ייחודית זו מאפשרת לקלוט את הפעילות החשמלית של מיליוני תאים יחד, בזמן אמת, במקום לבצע מעקב אחר כל תא עצב יחיד באמצעות מגע חשמלי. (אלקטרודה). עיבוד הנתונים הנאספים במערכת זו מאפשר לחוקרים למפות במדויק את פעילות המערכים התפקודיים של רשתות העצבים במוח.
ייחוד חשוב נוסף של המערכת והשיטה שפיתח פרופסור גרינולד, מתבטא בכך שהיא מאפשרת להבחין בפעילויותיהם של תאי העצב במוח גם כשהם עוסקים ב"תיחול" של שיגור אותות עצביים. במלים אחרות, המערכת אינה מוגבלת להבחנה דו-ממדית צרה בין תא ש"יורה" אות עצבי (אות על-ספי) לתא שאינו "יורה" (מצב תת-ספי), אלא היא מסוגלת להבחין במצבי ביניים רבים המתחוללים מתחת לסף השיגור של האות העצבי. יכולת זו אפשרה לפרופסור גרינולד ולחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה לזהות מצבים שונים של תאים, שלכל אחד מהם חסרה כמות שונה של פעילות כדי להגיע לסף שממנו התא "יורה" ומשגר אות עצבי חשמלי אל חבריו ברשת. כך עלה בידם למפות מחדש את קבוצות התאים המשתתפות בניתוח הנתונים של תופעות חזותיות שונות (תנועה אנכית, תנועה אופקית, צבע, ועוד).
כאן אפשר לחזור לתעלול החזותי שבו פתחנו. אם כן, מה גורם למוח "לחשוב" שהעין צפתה באירוע של תנועה, שהריבוע מתארך בהדרגה והופך למלבן? החוקרים הבחינו בסף מדורג שתמונת הריבוע יוצרת בקליפת המוח, דבר הגורם לכך שהמרחק עד הסף הקריטי (לשיגור אותות עצביים) הולך וגדל בהדרגה ככל שמתרחקים ממקום הפעילות העל-ספית של הריבוע עצמו. עם הופעת המלבן המוארך מופיעה פעילות נוספת, שחוצה את הסף בהדרגה ככל שמתרחקים מהמוקד הראשוני. משום כך נוצרת אשליה של תנועה. באיזו חוליית עיבוד במוח, בדיוק, מתחולל ה"כשל" הזה בעיבוד המידע? מדענים רבים סברו שעיבוד תכונת התנועה נעשה בקבוצת תאים המצויה ב"עומק" מערכת עיבוד נתוני הראייה במוח, שעד כה התגלו בה לא פחות מ 36 תחנות עיבוד, הפועלות בזו אחר זו, אבל הודות לשיטת הדימות האופטי הייחודית שפיתח הפרופסור גרינולד עלה בידו לגלות שתחנת העיבוד הזאת מצויה דווקא באחת מהשכבות הראשונות של מערך עיבוד הנתונים במוח. (ש)
באחרונה גילה הפרופסור עמירם גרינולד, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, מה גורם למוח לטעות בהבנת המציאות של הריבוע המתחלף במלבן. ממצא זה, שיש לו השלכות מרחיקות לכת על אסטרטגיות עיבוד הנתונים במוח, פורסם השבוע בכתב העת המדעי Nature.
במכון ויצמן קובעים כי מחקר זה הוא ציון דרך במאמץ מדעי מתמשך לפענוח הצופן העצבי של המוח, דבר שיאפשר להבין את עקרונות הפעולה הבלתי ידועים של "מערכת ההפעלה" של המוח. הפרופסור גרינולד אומר כי פענוח הצופן העצבי יביא ל"קפיצת מדרגה" בחקר המוח.
בעבר גילה הפרופסור גרינולד כי קבוצות תאים המעבדות נתונים שונים במוח מאורגנות בהקשרים גיאומטריים קבועים. כלומר, עיבוד המידע במוח מתבסס על חלוקה גיאומטרית-מודולרית של קבוצות תאים מוגדרות, החוזרת על עצמה שוב ושוב. כך, לדוגמה, קבוצת תאים העוסקת במטלה ייחודית יוצרת מבנה מרחבי המשתלב במבנה אחר תוך כדי שמירה על הקשר גיאומטרי קבוע, וזה נוצר על ידי קבוצת תאים אחרת, המטפלת בעיבוד חלקים אחרים של המידע. למשל, כאשר המוח קולט מידע חזותי, קבוצות התאים המעבדות את ממד העומק משתלבות כמעין לבני משחק לגו בקבוצות תאים העוסקות בעיבוד צבע, ובקבוצות תאים אחרות המעבדות את נתוני הצורה.
השילוב הגיאומטרי-מודולרי המדויק, החוזר ונשנה, של כל "רכיבי הלגו" האלה, יוצר במוח מעין מערך אדיר של "מיקרו-מעבדים" זהים במבניהם ובצורתם. מעבדים כאלה מכסים את כל שדה הראייה, והם מפרקים את התמונה לרכיביה השונים: עומק, תנועה, צבע ותכונות חזותיות אחרות, מעבדים כל תכונה בנפרד, ולאחר מכן, באזורים עילאיים במוח, הם בונים את התפיסה הכוללת של הראייה.
אנשי מכון ויצמן מדווחים כי תגלית זו, וכן גם תגליות נוספות, בוצעו באמצעות מערכת ייחודית שפיתח הפרופסור גרינולד. המערכת מבוססת על צילומיה של מצלמה מהירה ורגישה במיוחד ועל סדרה של צבעים שפותחה במעבדתו של גרינולד בידי הכימאית דוקטור רינה הילדסהיים.
שיטת צפייה ייחודית זו מאפשרת לקלוט את הפעילות החשמלית של מיליוני תאים יחד, בזמן אמת, במקום לבצע מעקב אחר כל תא עצב יחיד באמצעות מגע חשמלי. (אלקטרודה). עיבוד הנתונים הנאספים במערכת זו מאפשר לחוקרים למפות במדויק את פעילות המערכים התפקודיים של רשתות העצבים במוח.
ייחוד חשוב נוסף של המערכת והשיטה שפיתח פרופסור גרינולד, מתבטא בכך שהיא מאפשרת להבחין בפעילויותיהם של תאי העצב במוח גם כשהם עוסקים ב"תיחול" של שיגור אותות עצביים. במלים אחרות, המערכת אינה מוגבלת להבחנה דו-ממדית צרה בין תא ש"יורה" אות עצבי (אות על-ספי) לתא שאינו "יורה" (מצב תת-ספי), אלא היא מסוגלת להבחין במצבי ביניים רבים המתחוללים מתחת לסף השיגור של האות העצבי. יכולת זו אפשרה לפרופסור גרינולד ולחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה לזהות מצבים שונים של תאים, שלכל אחד מהם חסרה כמות שונה של פעילות כדי להגיע לסף שממנו התא "יורה" ומשגר אות עצבי חשמלי אל חבריו ברשת. כך עלה בידם למפות מחדש את קבוצות התאים המשתתפות בניתוח הנתונים של תופעות חזותיות שונות (תנועה אנכית, תנועה אופקית, צבע, ועוד).
כאן אפשר לחזור לתעלול החזותי שבו פתחנו. אם כן, מה גורם למוח "לחשוב" שהעין צפתה באירוע של תנועה, שהריבוע מתארך בהדרגה והופך למלבן? החוקרים הבחינו בסף מדורג שתמונת הריבוע יוצרת בקליפת המוח, דבר הגורם לכך שהמרחק עד הסף הקריטי (לשיגור אותות עצביים) הולך וגדל בהדרגה ככל שמתרחקים ממקום הפעילות העל-ספית של הריבוע עצמו. עם הופעת המלבן המוארך מופיעה פעילות נוספת, שחוצה את הסף בהדרגה ככל שמתרחקים מהמוקד הראשוני. משום כך נוצרת אשליה של תנועה. באיזו חוליית עיבוד במוח, בדיוק, מתחולל ה"כשל" הזה בעיבוד המידע? מדענים רבים סברו שעיבוד תכונת התנועה נעשה בקבוצת תאים המצויה ב"עומק" מערכת עיבוד נתוני הראייה במוח, שעד כה התגלו בה לא פחות מ 36 תחנות עיבוד, הפועלות בזו אחר זו, אבל הודות לשיטת הדימות האופטי הייחודית שפיתח הפרופסור גרינולד עלה בידו לגלות שתחנת העיבוד הזאת מצויה דווקא באחת מהשכבות הראשונות של מערך עיבוד הנתונים במוח. (ש)