מושגים כמו למידת מכונה ולמידה עמוקה הפכו בשנים האחרונות לחלק מלקסיקון החדשנות. חברות סטארט־אפ וארגוני ענק כמו גוגל, מיקרוסופט ו־ IBM משתמשים בכלים האלה בין היתר כדי לפתח ולשפר יכולות רפואיות. אחד היישומים המסקרנים הוא בהקשר של הזיכרון האנושי: האם בעזרת הכלים הללו נוכל יום אחד למחוק זיכרונות טראומטיים, לשפר יכולות למידה ואולי אף לרפא מחלות הפוגעות בזיכרון?
חוקרי מוח מסביב לעולם מנסים לענות על כך באמצעות יכולות Deep Learning ושימוש באלגוריתמים חכמים, המאפשרים לחלץ מידע ולזהות תבניות מורכבות מתוך כמויות דאטה עצומות. מחקרי המוח שעשויים לשנות את פני האנושות עושים שימוש בטכנולוגיות ותיקות יותר: EEG ‑ רישום הפעילות החשמלית של המוח,
ו־fMRI ‑ סריקת MRI תפקודית המאפשרת למפות את אזורי המוח הקשורים בתפקודים שונים. “זהו הצוהר שדרכו נוכל אולי לעלות מדרגה ולהרחיב את היישום הקליני של fMRI מעבר לשימוש המקובל כיום, של מיפוי תפקודי שפה ומוטוריקה לפני ניתוחי מוח”, אומרת ד”ר עירית שפירא־ליכטר, בעלת דוקטוראט בנוירופסיכולוגיה ובמדעי המוח ומרצה בכירה בחוג לנוירולוגיה באוניברסיטת תל אביב. “יישום שיטות מתקדמות בעיבוד המידע הנאסף בטכנולוגיות ותיקות, יאפשר לנו אולי לאפיין ולהבין טוב יותר את הבסיס לזיכרון האנושי ולמגוון התנהגויות, רגשות, שפה, יצירתיות וקבלת החלטות - בשאיפה לאבחון מדויק ולטיפול מותאם אישית במחלות נוירולוגיות, פסיכיאטריות ואחרות, שעדיין רב בהן הנסתר על הגלוי”.
הפנטזיה להתערב בזיכרונות ולשנותם מוכרת שנים מספרי המדע הבדיוני ומסרטים עתידניים. כיום, בעזרת למידת מכונה, מנסים החוקרים להבין כיצד זיכרונות נוצרים במוחנו והאם יש דרך לשלוט בהם - ובכך, אולי גם למצוא נתיב לריפוי מחלות הקשורות באיבוד הזיכרון, כמו אלצהיימר. “ברחבי העולם נערכים כיום ניסיונות לשינוי זיכרונות במטרה להקל על נפגעי טראומות וחיילים הלומי קרב”, אומרת ד”ר שפירא ליכטר. “היכולת לחזק או להחליש את הזיכרון עשויה לשנות את כללי המשחק. ירידה בזיכרון ניכרת אצל חלק מהאנשים החל משנות הארבעים לחייהם. אם תימצא הדרך להאט את הירידה הזו, או לשפר את יכולת קידוד המידע והלמידה של אנשים המתקשים בכך, איכות החיים של הפרט עשויה לגדול דרמטית, ובמקביל יצומצם העול הכלכלי שהקשיים הרווחים הללו מטילים על החברה. מדובר עדיין בצעדים ראשוניים מאוד. חלק מהגישות הטכנולוגיות הן בכיוון פולשני יותר של השתלת אלקטרודות במוח, בעוד שאחרים מנסים להישאר פולשניים פחות”.
מחקר כזה, המשלב למידת מכונה, נעשה כיום בשיתוף פעולה בין בילינסון ופרופ’ אברהם צנגן, חוקר מוח וראש המעבדה למוח והתנהגות באוניברסיטת בן־גוריון, ובשיתוף חברת המכשור הרפואי בריינסוויי שצנגן הוא אחד ממקימיה. במחקר, שנתמך על ידי הרשות לחדשנות, נעשה שימוש במערכת שפיתחה החברה, שמאפשרת לווסת את פעילות מכשיר Deep TMS לגרייה מוחית עמוקה בהתאם לרישומי גלי המוח ב־EEG. “בניסיון לפתח כלי לשיפור הזיכרון והלמידה, ביקשנו מקבוצה של נבדקים צעירים ובריאים ללמוד רשימות רבות של מילים בעת שמורכבות להם אלקטרודות מעל הקרקפת ונמדדת הפעילות המוחית. לאחר שלב הלמידה הנבדקים עברו מבחן זיכרון, שאיפשר לנו לתייג כל מילה מבחינת יעילות הקידוד שלה: האם המילה נלמדה היטב ונזכרה אחר כך, או לא”.
“כעת ניתן להסתכל מה קרה במוח בעת למידת המילים. בעזרת אלגוריתם למידת מכונה שפיתח גלעד פוקר מצוות המחקר בבילינסון אימנו אלגוריתם לזהות תבניות של פעילות מוחית, שהופיעו באופן עקבי בזמן למידת מילים שהנבדקים אחר כך זכרו, בהשוואה לתבניות פעילות מוחית שהופיעו עם מילים שאחר כך נשכחו. זיהוי כזה יאפשר לנו לתת פולסים של גרייה מוחית רק בחלונות זמן שבהם האלגוריתם שלנו מזהה שדפוס הפעילות המוחית לא מוצלח ‑ כך שלגרייה המוחית יש פוטנציאל לעזור. כשהאלגוריתם מזהה דפוס מוצלח של פעילות מוחית, לא ניתנת גרייה כדי שלא לקלקל רגעים של למידה יעילה”.
ד”ר שפירא ליכטר מסבירה שהזיכרון בנוי מחשיפה וקידוד, וכאשר אדם משנן רשימות מילים, כמו בניסוי זה, הוא נחשף למידע שחלקו נשמר וחלק לא. “אנחנו יודעים לזהות משתנים שמשפיעים על הזיכרון ‑ למשל, ככל שהדבר שאנו מנסים לזכור בולט או חריג, זה מקנה לו יתרון. אבל יש גם משתנים פנימיים שמשפיעים על הזיכרון, ואותם אנחנו מנסים לגלות באמצעות רישום הפעילות המוחית. אנו מקווים כי באמצעות הכלים הללו ניתן יהיה בעתיד לא רק לשפר למידה וזיכרון אלא גם ‘לקלקל’ במכוון פעילות מוחית ברגע שזיכרון רע צף ועולה, ובכך לעמעם ולהחליש אותו”.
במחקר נוסף שהסתיים לאחרונה, חקרה ד”ר שפירא ליכטר יחד עם פרופ’ אנתוני וואגנר מאוניברסיטת סטנפורד את סודות אפקט הראשוניות בזיכרון. “כולנו זוכרים טוב וברור דברים שקרו לנו לראשונה בחיים. רושם ראשוני וחוויה ראשונית נחרטים אצלנו עמוק. גם כשלומדים רשימת מילים כמו במחקר שתיארנו קודם, זוכרים הרבה יותר מילים שהופיעו בתחילת הרשימה בהשוואה למילים מאמצע הרשימה. במחקר שנפרסם בקרוב השתמשנו ב־fMRI ובכלים של למידת מכונה כדי לנסות להבין איך האפקט הזה נוצר. בניסוי שלנו נבדקים נחשפו לתמונות של מקומות מוכרים או דמויות מוכרות, ולאחר הפסקה היו צריכים להיזכר בהם. באמצעות כלים של למידת מכונה, זיהינו שבפרק הזמן שבין הלמידה וההיזכרות ישנו יתרון למילים ראשונות - הן יותר מיוצגות במוח, וזה יכול להסביר מדוע נוצר האפקט ההתנהגותי הכל כך מוכר”.
מיפוי מוחי תפקודי באמצעות fMRI מבוסס על הקשר בין ההתנהגות או הפעילות שהאדם מבצע בנקודת זמן מסוימת, לבין הפעילות הפיזיולוגית שמתרחשת באותה עת באזורים ספציפיים במוחו. “הראינו לנבדקים תמונות, מיפינו את הסיגנלים שהתקבלו מאזורים רלבנטיים במוח, והכנסנו אותם לאלגוריתם שלמד להבחין בין הקטגוריות השונות שהאדם ראה. בשלב השני, השתמשנו באלגוריתם הזה כדי לבדוק אלו קטגוריות יוצגו בזמן ההפסקה שבין קידוד התמונות לזכירה. גילינו שבמקטע הזמן שבין הלמידה להיזכרות, המוח מייצג יותר את הגירוי הראשון שנלמד, וזה אולי הבסיס המוחי לכך שזוכרים טוב יותר דברים ראשונים. אפקט הראשוניות נפגע במצבים מסוימים של פגיעה בזיכרון (אמנזיה), כך שייתכן שבעתיד ניתן יהיה להיעזר בממצא הזה ליישומים רפואיים קליניים”.
“בשלבים מתקדמים של דמנציה נגרם כבר נזק מוחי משמעותי שקשה לתקנו, אבל דווקא בשלבים הראשוניים שבהם מתחילה ירידה בזיכרון, אולי אפשר יהיה להתערב. ייתכן גם יישום בהקשר של ליקויי למידה, כיון שהגרייה המווסתת על פי פעילות המוח למעשה מנסה להפוך את קידוד המידע, שהוא הלמידה, לאפקטיבי יותר. למידה וזיכרון הם כלים שלובים”.
“כל זה מביא אותנו למחשבה שאולי נוכל לעמעם בעתיד זיכרונות טראומטיים. בשנים האחרונות התפתחה בעולם המדעי הבנה שכאשר מעוררים זיכרון הוא הופך ללבילי, בר שינוי. ברגע שבו אנו נזכרים במשהו, והוא עולה למודעות, הזיכרון הזה ניתן למניפולציה. שיטות מחקריות מנסות כיום להציף זיכרון טראומטי כדי שייפתח חלון הזדמנויות לשינוי, וגריה מוחית זו אחת הדרכים הפוטנציאליות ליצור את השינוי”.
המודלים החדשים של למידת מכונה ולמידה עמוקה, המסוגלים לטפל בכמות עצומה של מידע, פותחים אפשרויות חדשות למחקרים בעלי השלכות על תחומי הפסיכיאטריה, הנוירולוגיה ועוד. “אצל חולים המאובחנים כסובלים מדיכאון קליני, קשה כיום לדעת איזה טיפול יתאים ‑ בודקים זאת בניסוי וטעייה רק על פי תגובות התנהגותיות של המטופל. עבודות חדשות מראות, שניתן דרך סריקת fMRI לזהות פרופילים מוחיים שונים של אנשים, שכולם דיכאוניים מבחינת התנהגות. אם נדע לזהות לכל חולה פרופיל מוחי יציב ואמין, ונשכיל לזהות איזו תרופה או התערבות רפואית מיטבית עבור כל פרופיל כזה ‑ תהיה בכך בשורה”.
“גם כאן, אם נדע להבחין בצורה מדויקת יותר בין סוגים שונים של דימנציה, ולזהות בשלב מוקדם מי עתיד לפתח איזו מחלה, נוכל לטפל טוב יותר. גם אם אין עדיין טיפול מרפא, ככל שהאבחון ייעשה בשלב מוקדם יותר, ניתן יהיה לעצור את ההידרדרות כשנגרם כמה שפחות נזק”.
“התקווה היא שבתוך עשור נראה בזכות המחקרים האלה פריצת דרך בטיפולים פסיכיאטריים. מבחינת שינוי זיכרונות ‑ זו רק ההתחלה, אבל הכיוון נראה מבטיח. אין ספק שיעלו גם שאלות אתיות הקשורות לשליטה שלנו בזיכרונות. כשנוכל למחוק זיכרונות רעים נצטרך להקפיד שלא לפגוע בטעות בזיכרונות הטובים, וגם לשאול את עצמנו, איפה עובר הגבול? האם כל זיכרון לא נעים רצוי היה שיימחק? חשוב, כמובן, שהיכולות האלו לא ינוצלו לרעה. כמו בכל תחום ברפואה, האתגר הגדול יהיה לנווט נכון כך שנדע להועיל מבלי להזיק”.
אחד הפרויקטים הכי מסקרנים בהתמודדות עם אלצהיימר נקרא ״USB to the Brain״, והוא נערך על ידי המרפאה לנוירולוגיה קוגניטיבית בבית החולים בשיתוף חברת מור יישומים. במוקד הפרויקט עומד שתל מוחי שתפקידו להחליף את האזור הפגוע בקרב חולי אלצהיימר, ולהשיב את היכולת לקודד זיכרונות. מדובר בגישה חדשנית וייחודית, שמציעה פתרון לחולים קשים במקום הגישה המניעתית, שמאפיינת את מאמצי הפיתוח המקובלים בתחום.
״הרעיון הוא לקחת את אותו חלק במוח שמאפשר קידוד זיכרונות, ושהפגיעה בו לא מאפשרת לייצר זיכרונות חדשים, ולהחליף אותו בשתל שמבצע מעקף במוח״, מסביר ד״ר גליק. ״השתל הוא למעשה מעגל חשמלי מבוסס סיליקון, שמייצר נקודת קלט-פלט זעירה: מצד אחד הוא קולט דרך אות חשמלי את המידע הנדרש ליצירת זיכרון, ומצד שני הוא מעביר את המידע לאזור אחסון הזיכרונות במוח״. השתלת השבב תתבצע בניתוח זעיר פולשני, והוא יתפקד כצ׳יפ חכם בדומה לאיבר אנושי אמיתי, שמסוגל להגיב למידע שהוא קולט. כעת מחפשים החוקרים מקורות מימון, שיאפשרו את המשך הפיתוח של הכלי הייחודי הזה.
