מדי יום, המוח שלך מקבל אלפי החלטות תחת אי ודאות. רוב הזמן, אתה מנחש נכון. כשלא, לומדים. אבל כשהיכולת של המוח לשפוט הקשר או להקצות משמעות מתערערת, המחשבות וההתנהגות עלולות להשתולל. בהפרעות פסיכיאטריות, החל מהפרעת קשב וריכוז ועד סכיזופרניה, המוח עלול לשפוט בטעות כמה ראיות לאסוף לפני פעולה – או לא להסתגל כאשר חוקי העולם משתנים על סמך מידע חדש.
אי הוודאות מובנית בחיווט המוח. ציירו קבוצות של נוירונים מצביעים – חלקם אופטימיים, חלקם פסימיים. ההחלטות שלך משקפות את הממוצע".
מייקל האלסה, פרופסור למדעי המוח, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת טאפטס
כאשר האיזון הזה מוטה, המוח יכול לקרוא לא נכון את העולם: לייחס יותר מדי משמעות לאירועים אקראיים, כמו בסכיזופרניה, או להיתקע בדפוסים נוקשים, כמו בהפרעה אובססיבית-קומפולסיבית.
הבנת הטעויות הללו מאתגרת מדענים מזמן, אומר Halassa. "המוח מדבר בשפתם של נוירונים בודדים. אבל fMRI – הכלי שבו אנו משתמשים כדי לחקור פעילות מוחית באנשים – עוקב אחר זרימת הדם, לא הפטפוט החשמלי של תאי מוח בודדים".
גישור על פער זה פירושו שילוב של תובנות ממחקרים חד-תאיים בבעלי חיים, הדמיית מוח אנושית והתנהגות. כעת, סוג חדש של מודל מחשב – המבוסס על ביולוגיה אמיתית – מאפשר לחוקרים לדמות כיצד מעגלי מוח מקבלים החלטות ומסתגלים כאשר הכללים משתנים.
המודל, המכונה CogLinks, בונה ריאליזם ביולוגי לתוך העיצוב שלו, משקף את האופן שבו תאי מוח אמיתיים מחוברים ומקודד לאופן שבו הם מייחסים ערך לתצפיות מעורפלות ולא שלמות על הסביבה החיצונית. בניגוד להרבה מערכות בינה מלאכותית שמתנהגות כמו "קופסאות שחורות", CogLinks מראה לחוקרים בדיוק כיצד הנוירונים הווירטואליים שלה מקשרים בין מבנה לתפקוד. כתוצאה מכך, מדענים יכולים למפות כיצד המוח הווירטואלי הזה לומד מניסיון ומסתובב בהתבסס על מידע חדש.
במחקר שפורסם ב-16 באוקטובר ב תקשורת טבעהסופר הבכיר Halassa ועמיתיו במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) השתמשו ב-CogLinks כדי לחקור כיצד מעגלי מוח מתאמים חשיבה גמישה. כמו סימולטור טיסה למוח, CogLinks מאפשר לחוקרים לבדוק מה קורה כאשר מעגלים מרכזיים של קבלת החלטות יוצאים ממסלולם. כשהם החלישו את הקשר הווירטואלי בין שני אזורי מוח מדומים – הקורטקס הפרה-פרונטלי והתלמוס המדיודורסלי – המערכת עשתה ברירת מחדל ללמידה איטית יותר מונעת הרגלים. תוצאה זו מרמזת שמסלול זה חיוני להסתגלות.
כדי לראות אם התחזיות הללו מתקיימות באנשים, הצוות ערך אז מחקר fMRI נלווה, אשר היה בפיקוח של בורקהרד פלגר מאוניברסיטת רוהר בוכום והלאסה. מתנדבים שיחקו במשחק שבו הכללים השתנו באופן בלתי צפוי. כצפוי, קליפת המוח הקדם-מצחית טיפלה בתכנון ובאזור העמוק והמרכזי של המוח הידוע כהרגלים מונחי סטריאטום – אבל התלמוס המדיודוסלי נדלק כאשר השחקנים הבינו שהכללים השתנו והתאימו את האסטרטגיה שלהם.
ההדמיה איששה את מה שהמודל חזה: התלמוס המדיודוסלי פועל כמרכזייה המקשרת בין שתי מערכות הלמידה העיקריות של המוח – גמישות ורגילות – עוזרת למוח להסיק מתי ההקשר השתנה ולהחליף אסטרטגיות בהתאם.
חלאסה מקווה שהמחקר יעזור להניח את הבסיס לסוג חדש של "פסיכיאטריה אלגוריתמית", שבה מודלים ממוחשבים עוזרים לחשוף כיצד מחלות נפש נובעות משינויים במעגלים במוח, ומזהים סמנים ביולוגיים למטרות מדויקות של טיפולים.
"אחת השאלות הגדולות בפסיכיאטריה היא איך לחבר את מה שאנחנו יודעים על גנטיקה לתסמינים קוגניטיביים", אומרת מיאן ברבייבה וואנג, הכותבת הראשית של מחקר CogLinks, מחברת שותפה של מחקר ה-fMRI, ודוקטורנטית של MIT במעבדה של Halassa.
"מוטציות רבות הקשורות לסכיזופרניה משפיעות על קולטנים כימיים שנמצאים ברחבי המוח", אומר וואנג. "שימושים עתידיים ב-CogLinks עשויים לעזור לנו לראות כיצד השינויים המולקולריים הנרחבים הללו עלולים להקשות על המוח לארגן מידע לחשיבה גמישה."
מחקר שדווח במחקר CogLinks נתמך על ידי המכון הלאומי לבריאות הנפש של המכון הלאומי לבריאות הנפש במסגרת המענקים P50MH132642, R01MH134466, ו-R01MH120118 ועל ידי הקרן הלאומית למדע במסגרת המענקים CCR-2139936, CCR-2003830 ו-C7CF-810. בין א. וואנג מאוניברסיטת דרום סין נורמלית שימש ככותב ראשי במחקר ה-fMRI. מחקר ה-fMRI נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין; מרכז מחקר לקוגניציה מוחית ופיתוח אנושי, גואנדונג, סין; קרן המחקר הבסיסי והיישומי של גואנגדונג; Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, קרן המחקר הגרמנית); ומענק FoRUM.
