להבין את המוח

בחודש ינואר האחרון פרסם מגזין קורטקס – עיתון מדעי מוביל המתמחה במחקרים שקשורים למערכות מוחיות תוך שימוש בשיטות דימות שונות – מאמר על מחקרה של ד"ר יערה ארז. המאמר עוסק בחתימה של פעילות מוחית שמצאו ד"ר ארז וצוותה, שקשורה לפעילות קוגניטיבית באזורים מסוימים במוח. "במחקר שלנו מצאנו שפעילות של גלי מוח בתדרים גבוהים, שאנחנו קוראים להם היי-גמא (high gamma), שימשה לנו כחתימה שזיהתה אזורים שקשורים לתפקודים קוגניטיביים גבוהים, והצלחנו לשייך אותם מבחינה מרחבית לרשת מוחית בקליפת המוח שאנחנו יודעים שקשורה לתפקודים אלו", היא מספרת. "זו הפעם הראשונה שבה הצליחו להראות שחתימה כזו מאפשרת לנו לזהות את הרשת המוחית הזאת".

ד"ר ארז מתמחה במיפוי תפקודי של המוח ובפיתוח כלים שיסייעו לעשות זאת בצורה המדויקת ביותר ברמה האדם האינדיבידואלי. את המחקר, אותו החלה באוניברסיטת קיימברידג' בבריטניה, עורכת ד"ר ארז עם חולים עם גידולים סרטניים במוח, אולם הפרוצדורה רלוונטית גם למחלות מוחיות אחרות. "אנחנו עובדים עם גידולים לא אגרסיביים, כאלה שהמטופלים יכולים לחיות עימם במשך שנים רבות לאחר שאובחנו. גידולים אלו אינם ניתנים לריפוי כיום, אולם הסרה של חלקים משמעותיים שלהם מאפשרת תוחלת חיים ארוכה יותר, אפילו של 20-15 שנה ויותר לאחר האבחון. לגידולים אלה יש ליבה אותה תמיד עדיף להוציא במידת האפשר, אולם הם מתפשטים גם לרקמה הבריאה שמסביב, ולגביה יש דילמה - האם להוציא וכמה. המטרה שלנו היא להוציא כמה שיותר מהגידול, אבל גם מאוד חשוב לשמר תפקודים מוחיים כדי להבטיח למטופלים איכות חיים גבוהה ולאפשר להם לחזור לחיים נורמליים", היא מסבירה. "כדי שזה יקרה, במהלך הניתוח להסרת הגידול נערכת פרוצדורה שנקראת מיפוי תפקודי, שבעזרתה מנסים לזהות אזורים שהם קריטיים לתפקודים מסוימים, והמנתחים מחליטים בזמן אמת האם להוציא את הגידול או לא. במעבדה אנחנו בין השאר מפתחים שיטות וכלים על-מנת לשפר את המיפוי התפקודי מעבר לשיטות הקיימות כיום".

במחקר המתואר במאמר עבדה ד"ר ארז בשיטת מיפוי הנקראת אלקטרו-קורטיקוגרפיה (ECOG), במהלכה היא מקליטה פעילות מוחית באמצעות אלקטרודות המונחות במהלך הניתוח על מוחם החשוף של המטופלים. "במהלך הניתוח, שמתבצע כשהמטופלים בערות מלאה, אנחנו מבקשים מהם לבצע משימות שקשורות לתפקודים קוגניטיביים, ובו-זמנית רושמים את הפעילות החשמלית במוח שלהם כדי לזהות אזורים במוח שקשורים לתפקודים הללו. השיטה הזו מאפשרת לנו להגיע לרזולוציה של הפעילות המוחית שהיא מדויקת מאוד גם בזמן וגם במרחב. אף שיטה שאינה פולשנית לא נותנת את השילוב הזה" היא אומרת. "חשוב להדגיש שאנחנו מבצעים את המחקר במהלך ניתוחים שנערכים לצרכים קליניים והוא נערך כמובן בהסכמת המטופלים".  

במהלך המחקר התמקדה ד"ר ארז בתפקודים קוגניטיביים גבוהים, כגון תהליכים של קשב, פתרון בעיות, ביצוע של מספר משימות בו זמנית, הסקת מסקנות ותכנון קדימה. "ברמה המוחית, יש מספר אזורים בקליפת המוח שמעורבים בכל התפקודים האלה, והם מרכיבים רשת קורטיקלית. הרשת הזו לא פעם נפגעת אצל חולים לאחר ניתוח, והשיטות המקובלות היום למיפוי תפקודי לא נותנות לנו מענה שיעזור למפות אותה ולמנוע פגיעה בה", היא אומרת. "אנחנו יודעים ממחקרי דימות קודמים עם MRI תפקודי (fMRI) שהרשת הקורטיקלית הזו פעילה מאוד כשהמאמץ הקוגניטיבי שלנו עולה. לכן, במהלך הניתוח, בזמן שהאלקטרודות היו מונחות על מוחם של המטופלים והקליטו את הפעילות החשמלית, ביקשנו מהם לבצע שתי מטלות ספירה עם רמת קושי עולה. המטרה הייתה לבחון את ההבדלים בפעילות המוחית בין שתי המטלות כאשר המאמץ הקוגניטיבי עולה".

ניתוח הסיגנלים נעשה אופליין לאחר הניתוח, תוך שימוש בשיטות חישוביות ובאלגוריתמים מתקדמים של ניתוח אותות כדי לזהות את החתימה של פעילות מוחית ספציפית הקשורה לתפקודים ניהוליים. ניתוח הנתונים הראה כי לא רק שנמצאה עלייה בפעילות של גלי מוח בתדרים גבוהים (היי-גמא) עם העלייה ברמת הקושי של המטלה, אלא שהמחקר גם הצליח לשייך, מבחינה מרחבית, את הפעילות המוחית הספציפית לרשת קורטיקלית ספציפית, בקליפת המוח הקדמית. "משמעות הדבר היא שנוכל להשתמש בשיטה זו כדי לזהות איזה אזור במוח קשור לתפקודים ניהוליים גבוהים, ברמה הפרסונלית – כלומר ברמת המטופל הבודד – ונוכל בהמשך לתת מיפוי מדויק של האזורים האלה למנתחים ולמנתחות בזמן ביצוע הניתוח בפועל, כדי שיוכלו לקבל החלטות קליניות לגבי החלקים מהרקמה שניתן להוציא בלי לפגוע בתפקודים אלו", מסבירה ד"ר ארז.

את נתוני המחקר הזה מצליבים ד"ר ארז וצוותה עם נתונים שהתקבלו לגבי אותם מטופלים משיטות דימות אחרות, כמו למשל fMRI, כדי לראות איך הפעילות המקומית הזו קשורה לארגון של רשתות מוחיות מבוזרות בכל המוח. "המטרה היא להביא נתונים מהימנים ברמת האדם הבודד, כדי לספק לרופאים ולרופאות נתונים ברמת המטופל הספציפי, ובהמשך אנחנו מקווים להגיע למצב שאנחנו נותנים למנתחים ולמנתחות את הפידבק מניתוח הנתונים בזמן אמת" מספרת ד"ר ארז. "המחקר נעשה עד עכשיו בקיימברידג', אולם בעתיד הקרוב נתחיל מחקר המשך בבית החולים איכילוב, ונרחיב את השאלות שאנחנו שואלים לגידולים אחרים, תפקודים מוחיים נוספים, מערכות מוחיות נוספות ושיטות דימות נוספות".

למחקר חדשני בתחום במעבדה של ד״ר ארז דרושים/ות סטודנטים/ות מצטיינים/ות. המעוניינים/ות מוזמנים/ות לפנות לד״ר ארז: yaara.erez@biu.ac.il