כוח המוח

באוקטובר 2018 פורסמה בערוץ הטלוויזיה הבריטי BBC כתבה על פרוצדורה רפואית חדשנית: ניתוח מוח, המבוצע בחולה בעודו במצב ערות. החולה בו התמקדה הכתבה, בן רש בן ה-29, סבל מגידול לא אגרסיבי במוח שהיה צורך להסירו. לגידולים מהסוג ממנו סבל בן יש נטייה להתמזג עם הרקמה הבריאה שסביבם, כך שנדרשה פה עבודת הסרה של הגידול – אבל מבלי לפגוע בתפקוד של המוח, כדי להבטיח לבן איכות חיים טובה, ברמת התפקוד הגבוהה ביותר שאפשר. מה שהיה מיוחד בניתוח של בן הוא שתוך כדי הניתוח הוא גם השתתף במחקר, במטרה לפתח שיטות חדשות לפרוצדורה רפואית זו. כאן נכנסה לתמונה ד"ר יערה ארז, המתמחה במיפוי מוחי ושהובילה את המחקר: תוך כדי הניתוח היא ביקשה מבן לבצע פעולות קוגנטיביות שונות, דוגמת ספירה ברצף של אותיות ומספרים, בזמן שאלקטרודות מיוחדות היו מחוברות למוח שלו. "השיטה הזו, שנקראת אלקטרו-קורטיקוגרפיה (ECOG), מאפשרת לנו למצוא סיגנלים בעלי משמעות באמצעות רישום ישירות של פעילות מהמוח החשוף," מספרת ד"ר ארז. "נתוני המחקר שלנו הצביעו על כך שיש מדדים שיכולים לספר לנו אילו אזורים במוח רלוונטיים או קשורים לתפקודים שונים".

כבר למעלה מעשור עוסקת ד"ר ארז, נשואה ואם לשלושה ילדים, במיפוי תפקודי מוח. היא משתמשת בשיטות שונות לפענוח סיגנלים מוחיים משיטות דימות שונות ומנסה להבין איך הם קשורים לתפקוד ותהליכי חשיבה, תוך שימוש באלגוריתמים שונים כגון למידת מכונה והפחתת מימדים. "הנתונים שיש לנו הם רב-מימדיים ומשתנים בזמן, ואנחנו משתמשים בשיטות ניתוח נתונים שונות כדי להבין מה הם אומרים על ההתנהגות ועל התפקוד", היא מסבירה. "זה מחקר שנעשה בעיקר על אוכלוסייה בריאה. אבל כאמור, אני עובדת גם עם אוכלוסייה של חולים כמו מטופלים עם גידולים במוח, ובודקת במהלך הניתוח תפקודים קוגניטיביים גבוהים שקשורים לדברים כמו קשב, פתרון בעיות ומולטי-טאסקינג. אחד הדברים שאני עוסקת בהם, כפי שאפשר לראות בסרטון, הוא פיתוח כלים למנתחים/ות ולקלינאים/ות, שיאפשרו להם לעבוד עם המידע הזה. למשל, פיתחנו אבטיפוס של מודל מודפס בתלת מימד של המוח של כל חולה, שעליו יכולים המנתחים והמנתחות לנווט באמצעות עט אלקטרו-מגנטי, ולראות את המידע השונה שאספנו באמצעות שיטות הדימות השונות."

צפו בכתבה. ד"ר ארז החל מדקה 3:05 

העניין של ד"ר ארז במדעי המוח החל כבר בתיכון, בקורס העשרה שעשתה בנסגרת לימודיה בתיכון הישראלי למדעים ולאמנויות בירושלים. "כשהתחלתי ללמוד עוד לא היו תוכניות לחקר המוח לתואר ראשון, אז למדתי באונ' תל אביב תואר ראשון במדעי המחשב ופסיכולוגיה", היא מספרת. "במהלך התואר התחלתי לעבוד בהייטק, וכשסיימתי את התואר עבדתי כמפתחת תוכנה בחברה בשם דמאטק, שהיום היא חלק מ-Attenti. אבל העניין שלי במחקר בתחום מדעי המוח לא הרפה, וכעבור שנתיים נרשמתי למסלול הישיר לדוקטורט במדעי המוח במרכז הבינתחומי לחקר המוח על שם גונדה בבר-אילן. כבר אז עניין אותי הקשר בין פעילות מוחית ליישומים קליניים. בדוקטורט חקרתי טיפול למחלת הפרקינסון באמצעות גירוי חשמלי והשפעתו על פעילות התאים בגרעינים עמוקים של המוח."

לאחר הדוקטורט עשתה ד"ר ארז פרויקט של שנה באונ' תל אביב, שבמהלכו חקרה עיבוד מידע ויזואלי באמצעות MRI תפקודי (fMRI). "MRI הוא סורק, וניתן להשתמש בו בסוגים שונים של פרוטוקולים כדי לאסוף נתונים שונים על המוח," היא מסבירה. "לרוב, כששולחים אותנו לסריקת MRI דרך מערכת הבריאות, מדובר במידע על המבנה של המוח‎.‎ אבל יש דברים רבים נוספים שאפשר לבצע עם המכשיר כמו לקבל מידע על איזורים שונים והתפקודים השונים שהם מעורבים בהם, ועל המסילות המוחיות שמקשרות בין אזורים שונים. fMRI בודק את הפעילות המוחית בזמן שאנשים שוכבים בתוך הסורק ומבצעים מטלות שונות: אנחנו רושמים את הפעילות המוחית שלהם ומשייכים את זה למטלה שהם ביצעו כדי ללמוד על התפקוד של האזורים השונים במוח."

עם תום הפרויקט המשיכה ד"ר ארז לפוסט דוקטורט באוניברסיטת קיימברידג'. "הייתי שם תשע שנים", היא מספרת, "לאחר שסיימתי את הפוסט קיבלתי מימון מגוף מחקר חשוב באנגליה כדי לפתח כיווני מחקר עצמאיים בתחום חקר המוח. שם התעסקתי בשיטות שונות ללמוד על פעילות המוחית, כמו למשל fMRI, ECOG ו-Population coding – מידע רב מימדי מתאי עצב בודדים in-vivo, כמו גם בשיטות חישוביות מתקדמות לניתוח הנתונים השונים. בין השאר הקמתי שיתוף פעולה של קבוצת חוקרים ממחלקות שונות באוניברסיטה והמחלקה הנוירו-כירורגית בבית החולים האוניברסיטאי בקיימברידג', כדי לחקור מיפוי מוחי בחולים עם גידולים במוח לפני, תוך כדי ואחרי ניתוחים להסרת הגידול."

באוקטובר 2021 שבה ד"ר ארז לארץ ופתחה מעבדה חדשה בפקולטה בתחום הביו-הנדסה, במגמה לנוירו-הנדסה. "המחקר שלי כולל מרכיב הנדסי משמעותי של עיבוד מידע ושילוב שיטות דימות שונות, אז חיפשתי בין השאר משרה בפקולטות להנדסה. כששמעתי על התוכנית החדשה לנוירו-הנדסה, היא נראתה לי מאוד מעניינת ומתאימה לסוג המחקר שלי. מעבר לרמה המחקרית הגבוהה, התרשמתי שיש פה אנשים מאוד נחמדים ובעיניי זה מאוד חשוב."

בשנה הבאה תלמד ד"ר ארז קורס חדש לתואר ראשון, מיפוי תפקודי של המוח, המיועד לתלמידי המגמה לנוירו-הנדסה. בינתיים, היא מקימה את קבוצת המחקר שלה. "יש שני אתגרים מרכזיים בתחום המיפוי המוחי שבהם המעבדה תתמקד", היא מפרטת. "הראשון הוא מיפוי מוחי ברמת האדם הבודד. יש הבדלים מבניים ותפקודיים בין מוחות של אנשים שונים, ומיפוי מוחי אישי הוא סוגיה מאתגרת כי אנחנו צריכים להיות מסוגלים להבחין בין הרעש לסיגנל, מבלי שיש לנו את הממוצע שנותנות לנו סריקות מוחיות רבות, ומבלי לאבד מידע. זה חשוב מאוד למחקר בסיסי וקריטי ליישומים קליניים: אנחנו רוצים לטפל בחולה שיושב מולנו, לא בחולה הממוצע שלא קיים. האתגר השני הוא ללמוד לשלב בין שיטות דימות שונות. כל שיטה מספקת מידע שונה על התפקוד של האזורים השונים ועל המסילות שמחברות בין האזורים השונים, ויש להם רזולוציות שונות במרחב – באזורים שונים במוח, ובזמן – למשל בין כמה שניות ב-fMRI לרמת המילי-שניה ב-ECOG. אם נצליח לשלב את המידע מהשיטות השונות בצורה טובה נוכל להרוויח מרמת דיוק גבוהה בהרבה, בכל אחד מההיבטים. חשוב לנו להבין את זה ברמת המחקר הבסיסי, אבל גם לצרכים קליניים: למשל, אנחנו רוצים שלמנתחים/ות יהיה מידע גם על התפקוד של האזורים השונים, גם על החיבור ביניהם, גם על אופן העברת המידע בין האזורים, וכן הלאה. אני מחפשת אנשים שיהיה כיף לעבוד איתם ולעשות ביחד דברים מעניינים ומרתקים. סטודנטים/ות לתארים מתקדמים או לתואר ראשון, כמו גם לפוסט-דוקטורט, שרוצים להבין יותר טוב ולעומק את המוח האנושי, ומתעניינים בקשר של זה לעולם היישומי והרפואי – מוזמנים לפנות אלי."

יערה ארז: yaara.erez@biu.ac.il

אתר המעבדה: https://erezlab.org