התזמון הנכון של ההצלחה בלימודים

מחקר של מדעני מוח מאוניברסיטת פנסילבניה הראה שעירור חשמלי מתוזמן באופן מדויק לצד שמאל של המוח יכול להגביר למידה וזיכרון בכ-15 אחוזים. זו הפעם הראשונה שנראה קשר בין תזמון העירור החשמלי לבין תוצאותיו, ומדובר בקפיצת דרך משמעותית לקראת שחזור זיכרון פעיל – המטרה הסופית של פרויקט RAM (Restoring Active Memory) שמממן משרד ההגנה האמריקני כדי לפתח טכנולוגיות מדור חדש לשיפור זיכרון פגוע של נפגעי לחימה. 

יוסף אזיאט (Ezzyat) ראש צוות המחקר והכותב הבכיר של המאמר בכתב העת Nature Communications, אמר בהודעה לעיתונות: "למחקר שלנו יש שני היבטים חדשים: ראשית, פיתחנו מערכת שמנטרת את פעילות המוח ומעוררת גירוי כתגובה לפעילות המוח של הנבדק; שנית, זיהינו אזור חדש במוח שיכול לשמש מטרה לגירוי, קליפת המוח הצידית-רקתית (left lateral temporal cortex)". שנה לפני כן, הוביל אזיאט מחקר שבו הפעילות החשמלית של אזור זה ניבאה ביצוע במבחני זיכרון.

הפעילות החשמלית משפרת זיכרון. נקודות הגירוי בקליפת המוח הצדית-רקתית | איור: יוסף אזיאט, אוניברסיטת פנסילבניה

ללמוד את המוח

בעבודה קודמת של הצוות, בהובלת הפסיכולוג מיכאל כהנא ודניאל ריצוטו (Rizzuto), קיבלו הנבדקים דחפים חשמליים במרווחי זמן סדירים וקבועים, ללא קשר להצלחתם במטלה הקוגניטיבית. למשל, במטלת זיכרון שבה היה על הנבדק לזכור כמה שיותר מילים, ניתן עירור למוח בכל מילה שניה כדי לשפר את הישגיו, אולם העירור לא ניתן כתגובה לדפוסים מסוימים של פעילות מוחית.

במחקר הנוכחי השתתפו 25 חולי אפילפסיה שאלקטרודות הושתלו במוחם במסגרת טיפול שגרתי במחלה.  האלקטרודות נוצלו כדי לנסות עירור חשמלי בשיטה שונה מזו של המחקר הקודם: במקום לעורר חשמלית את המוח ללא קשר לדפוס הפעולה שלו, הפעילות המוחית של החולה נוטרה בזמן אמת במהלך מטלה של צפיה ברשימת מילים וניסיון לשנן אותה. המחשב השתמש באותות של פעילות במוח שרשם במהלך המעקב, כדי לנבא מה יהיה הזמן הטוב ביותר להעביר בו את הדחף החשמלי – הזמן שבו הכי פחות סביר שהנבדקים יזכרו את המידע החדש שלמדו.

"ע"י כך שפיתחנו מודלים שמותאמים אישית לכל חולה, הצלחנו לתכנת את המכשיר כך שיעביר דחפים מעוררים רק כשצפינו כישלון בביצוע המטלה, וכך נותנים הזדמנות לטכנולוגיה החדשה להוכיח את יעילותה בשיפור זיכרון. היה חשוב לנו לעשות זאת, כיוון שידענו מהעבודה הקודמת, שעירור המוח כאשר התפקוד הוא טוב עלול דווקא להרע אותו" אומר כהנא.

מערכת עם פוטנציאל רב לסיוע בשיקום חולים ופצועים. אזיאט (מימין), ריצוטו (במרכז) וכהנא | צילומים: אוניברסיטת פנסילבניה

הגירוי המתוזמן כטיפול למחלות

כדי לבנות מודלים של ניבוי על סמך פעילות מוחית, כל נבדק ביצע את המטלה לפחות שלוש פעמים במשך 45 דקות כל פעם, לפני הגירוי החשמלי; כך התחזק הביטחון שפעילות המוח שקשורה ללמידה לא יעילה משקפת דפוס אמיתי, ולא רעש אקראי. לאחר מכן החולים השתתפו לפחות פעם אחת בניסוי שכלל גירוי למוח.

"כשהנבדק צפה בכל מילה חדשה, המערכת רשמה את פעילות המוח וניתחה אותה כדי לקבוע אם הנבדק למד אותה ביעילות. כאשר המערכת זיהתה למידה לא יעילה, זה עורר גירוי למוח כך שנוצרה מעין 'לולאה סגורה': האותות ששידר המוח חזרו אליו באופן אחר" אומר אזיאט. לאחר שהסתיים הגירוי, המערכת המשיכה לעקוב אחר פעילות המוח עד להזדמנות המתאימה הבאה לייצר את הדחף. העירור המתוזמן שיפר כאמור את ביצועי הנבדקים בכ-15 אחוזים.

הממצא הזה מקרב את הפרויקט לפיתוח מערכת שאפשר להשתיל באופן מלא במוח ויכולה לנטר את פעילות המוח וגם לעורר אותו. החוקרים מאמינים שיש פוטנציאל רב לתועלת בגירוי כזה, בייחוד עבור אנשים עם פגיעת ראש טראומטית ומחלת אלצהיימר. "כעת אנו יודעים יותר במדויק היכן לעורר את המוח כדי לשפר זיכרון בחולים עם בעיות זיכרון, וגם מתי לעורר אותו כדי להעצים את ההשפעה ולמקסם אותה". אומר ריצוטו.

מיכאל שפרלינג (Sperling) חוקר קליני, הוסיף "כעת אנו יכולים לנטר את פעילות המוח ולדעת מתי היא עומדת להשתבש ולהשתמש בעירור כדי לתקן זאת. נדרשו מאמצים רבים כדי להגיע לממצאים הללו, לא רק מצד החוקרים אלא גם מצד החולים שלנו, שהקדישו את עצמם להשתתפות בפרויקט, כדי שאחרים יוכלו להפיק מכך תועלת".