האם פעילות מוחית אופטימלית מסוכנת

חוקרים מציעים כי פעילות מוחית אופטימלית מבחינה חישובית מובילה למצב שקרוב להזיות

מחקר שנערך לאחרונה על-ידי ד”ר אורן שריקי מהמחלקה למדעי הקוגניציה והמוח באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, בשיתוף פעולה עם דובי ילין מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, מציע כי תהליכי למידה במוח יכולים להוביל רשתות של תאי עצב במוח לפעול בסביבת מצב גבולי ייחודי. מצד אחד, עבודה במצב זה מאפשרת לרשתות עצביות ביצועים אופטימליים ביכולת לעבד מידע תחושתי. מצד שני, הדבר כרוך גם בסיכון של “חציית הגבול” למצב שבו פעילות הרשת אינה מייצגת את הקלט ומתפתחות הזיות.

במישור היישומי, המחקר נותן בסיס תיאורטי לרעיון שהמוח עובד ליד מצב גבולי (קריטי בשפה המקצועית), ויש בכך חשיבות הן לאפיון הדינמיקה של המוח הבריא והן להבנה של מנגנונים אפשריים להתפתחותן של הפרעות מוחיות. המחקר פורסם ב-16 בפברואר 2016 בכתב העת PLoS Computational Biology, המאפשר גישה פתוחה למאמריו:
http://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1004698
יצוין, כי רשתות עצביות במוח כוללות קשרי היזון-קדימה (feedforward), אשר מעבירים מידע משלב עיבוד אחד למשנהו. עם זאת, תאי עצב בכל שלב עיבוד “מדברים” זה עם זה באמצעות קשרי משוב (recurrent). רשתות משוב יכולות להציג רפרטואר עשיר של התנהגויות דינמיות. בפרט, הן יכולות לקיים פעילות עצבית גם ללא קלט חיצוני אובייקטיבי, מצב אשר ניתן לפרש כהזיה. שאלה מרכזית היא כיצד תורמים קשרי המשוב לייצוג מידע במוח וכיצד עליהם להתפתח כדי להביא לייצוג מידע אופטימלי. על מנת להשיב על שאלה זו, החוקרים פיתחו וחקרו מודל מתמטי של רשת עצבית, הכוללת קשרי היזון-קדימה משכבה אחת של תאי עצב לשכבה נוספת וכן קשרי משוב בין הנוירונים בשכבה השנייה, המייצגת את המידע. (מצ”ב תרשים)

בדומה לרשתות עצביות אמיתיות במוח, מציגים למודל הרשת קלטים תחושתיים, וקשרי המשוב מתפתחים בתהליך של למידה. כללי הפלסטיות שאחראים לשינויים בקשרי המשוב בנויים כך שייצוג המידע ברשת ילך וישתפר במהלך הלמידה. החוקרים מצאו כי ייצוג מידע אופטימלי מתקבל כאשר הרשת נוטה לפעול קרוב לגבול בין עיבוד מידע תקין לבין מצב של הזיות וניתוק מהקלט התחושתי.

ד”ר שריקי: “ניתן להסביר זאת באמצעות אנלוגיה פשוטה: תארו לעצמכם שעליכם לדבר באמצעות מיקרופון לקהל גדול. כאשר אתם מגבירים את עוצמת הקול במגבר, בשלב מסוים אתם מתחילים לשמוע צליל חד, הנובע ממשוב בין המיקרופון והמגבר. כדי להימנע מצליל זה, שאינו מעביר מידע, אך עדיין לשמור על עוצמת קול גבוהה, אתם מחלישים מעט את עוצמת הקול. באופן דומה, רגישות אופטימלית לקלטים תחושתיים חיצוניים מושגת כאשר קשרי המשוב ברשת העצבית חזקים מספיק כדי להגביר את הקלטים, אך אינם דומיננטיים מדי כדי שייווצרו הזיות”.

ממצאים אלו מספקים גם תובנות לגבי הגורמים האפשריים לכמה הפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות. לדברי ד”ר שריקי: “רשתות ליד המצב הגבולי רגישות מאד לשינויים קטנים בחוזק קשרי המשוב בין תאי העצב. שינויים קטנים כאלו יכולים להעביר רשת עצבית תקינה למצב הלא-רצוי של הזיות ולהתבטא כהפרעה נוירולוגית. למשל, ידוע שכאשר אנשים נמצאים בבידוד חושי, הם מתחילים לפתח הזיות. המודל מציע הסבר מעניין למנגנון שמאחורי התופעה: כאשר הקלטים לרשת מוחלשים, הרשת מתקרבת לנקודת הגבול על-מנת להגביר את הקלטים עוד יותר, אך עשויה לעבור את הגבול ולפתח הזיות”.


דילוג לתוכן