הרב מכר ״לממש את הטוב שבך״ עכשיו בחנויות הספרים, לרכישה לחצו כאן X

בין קן נמלים לרשת הקוסמית – מדענים חושפים את מסתרי המוח במקומות משונים


31 בדצמבר, 2018

המוח שלנו מסוגל לייצר מחשבות שלפעמים אפילו אנחנו תוהים כיצד הגענו אליהן. כיצד הוא מייצר דברים חדשים ובלתי צפויים? פיזיקאים וביולוגים מצאו קווים מקבילים בין מבנה המוח לתופעות כמו אינטראקציה במושבת נמלים ורשתות גלקסיות, שמסבירים את תכונת ההתהוות של המוח.


בועז מזרחי

פסיכולוגיית גשטלט היא אסכולה שרואה את המוח כמערכת שפיתחה יכולת אוטונומית לארגון עצמי, שאינה נובעת באופן ישיר מהתכונות של מרכיביה. למשל, היכולת של המוח ליצור מחשבות מרוחקת מאוד מהרכיב הבסיסי שלה – נוירון – שפעולתו העיקרית היא להידלק ולכבות, כמו מתג חשמלי פשוט. זו כמובן הפשטה עזת מצח של פעולת הנוירון, אבל ביחס למה שמסוגל המוח לעשות כמערכת, עדיין מדובר ברכיב די פשוט ומוגבל כשלעצמו. על פי הגשטלט, המוח הוא ייצוג ביולוגי מושלם למשפט המוכר "השלם גדול מסך חלקיו".

הגישה הזו קמה בעקבות התפיסה הסטרוקטורליסטית של המוח, המניחה, במילים פשוטות, כי אפשר להבין את השכל האנושי בצורה ליניארית: יש תהליך, ניתן לפרק אותו לגורמים, ולהבין אותו באמצעות אבני הבניין של התהליך. הגשטלט מניח כי התקשורת הפנימית וההשפעה ההדדית בין שלל הגורמים במוח מעניקה לו קפיצה קוונטית מעל יחידת המידע הבסיסית.

התכונה הייחודית שמאפשרת למוח ליצור

יש הטוענים כי יצירתיות אינה תכונה של אינדיבידואל זה או אחר, אלא מאפיין כלל אנושי שקשור למבנה המוח. טענה זו מטילה חלק ניכר ממשקלה על תכונה ייחודית של המוח, הנקראת בעגה המקצועית – התהוות. כדי להסביר אותה צריך להכיר שתי צורות ארגון שקיימות בטבע: פרקטלים ומערכות מורכבות. פרקטלים הם צורות בדפוסים שחוזרים על עצמם. לא משנה באיזה קנה מידה נביט בצורה, היא תציג אותו דפוס בדיוק. הדוגמה המובהקת היא היחס בין סדר העורקים הזעירים בעלה לבין מבנה הענפים של עץ. מכל מרחק שנביט נראה אותו דפוס הסתעפות. במערכות מורכבות, לעומת זאת, החלקים מתפקדים בתקשורת פנימית וכתוצאה מסוגלים ליצור משהו חדש שאינו מאפיין אף אחד מהם. זו למעשה התהוות.

צריך לומר שמדובר בחידה בלתי פתורה. במדע הביולוגיה, למשל, יכולת ההתהוות מיוחסת להיווצרות החיים, ובמדעי המוח זו היכולת של התאים לחולל מחשבה. חידת החיים וחידת החומר-רוח הן שתיים מהשאלות שהכי מטרידות מדענים והוגים כאחד. וכשבני אדם נמצאים בתזזית של סקרנות, הם מתחילים לגלות דברים מפתיעים.

רמזים במושבת הנמלים

המחשה טובה לפעולת ההתהוות ולעבודה של מערכת מורכבת מציגה פרופסור לביולוגיה דברה מ. גורדון מאוניברסיטת סטנפורד שבקליפורניה. במאמר ב-Aeon היא מעלה את הטענה שזיכרון המוח דומה במובן מסוים להתנהלות של מושבת נמלים. "כמו מוח, מושבת נמלים פועלת ללא מרכז שליטה ראשי. כל אחד מהם הוא סט של תקשורת בין אינדיבידואלים, בין אם נוירונים ובין אם נמלים, שמשתמשים באינטראקציות כימיות פשוטות שמחוללות את התנהגותם [של המוח או המושבה] במצטבר".

ניסויים שעקבו אחר דפוסי חיפוש המזון של נמלים גילו כי מושבה פועלת על סמך מידע שאין ברשות נמלה בודדת. היכולת שלהן לתחום את שטח החיפוש ולהגדיר אותו מחדש נובעת מאותם כימיקליים שמועברים בין נמלים. לכל אחת יש נתיב כלשהו שהיא סורקת ואז חוזרת לקן. כשהיא מגיעה לשם, הנמלה מבצעת חילופי איתותים עם נמלים אחרות שנמצאות שם. כאשר מספר האינטראקציות חוצה רף מסוים, רק אז היא יוצאת שוב למסע חיפוש. עכשיו תכפילו את זה במספר הנמלים ותקבלו מערכת דינמית ויעילה שמתעדכנת בזמן אמת בנוגע לצורך במזון, אף על פי שאף לא אחת מהפועלות כשלעצמן יודעת משהו על המלאי. עוד מסבירה גורדון כי "בכל סיור ראשון של נמלה היא נוטה ללכת רחוק יותר משאר הנמלים שיוצאות לאותו כיוון". בצירוף ל'מונה האינטראקציות' זה יוצר דפוס ליקוט מזון שמשתנה עם התקדמות היום כדי לספק את צורכי המושבה בצורה יעילה.

ומה במוח? "נוירון משתמש בקצב שבו הוא מקבל גירויים מנוירונים אחרים כדי להחליט אם להידלק", מסבירה גורדון. "בשני המקרים, זיכרון עולה משינויים בדרך שבה נוירונים ונמלים מתקשרים ומגרים אחד את השני". גורדון מבהירה שהזיכרון שלנו אינו מאוחסן בתאים ספציפיים כמו במחשב, אלא מאורגן בצורה יותר מבוזרת. האינטראקציה בין תאי העצב היא שמאפשרת את קיומו, ולא מאפיין כלשהו במבנה שלהם. "שינויים בהתנהגות המושבה בגלל אירועי עבר אינם הסכום הפשוט של זיכרונות הנמלה, כשם ששינויים בזיכרון ובמה שאנו אומרים ועושים אינם סתם מערך של טרנספורמציות, נוירון אחרי נוירון". היא מסכמת: "במקום, הזיכרונות שלכם הם כמו מושבת נמלים: אף נוירון פרטיקולרי לא זוכר דבר, למרות שהמוח זוכר". הזיכרון שלנו ושל המושבה מתהווה מעצם המבנה הארגוני והתקשורת הפנימית.

מימין, הדמיה של רשת חומר אפל בחלל. משמאל, הדמיה של רשת עצבית.

דפוסי הארגון של המוח דומים באופן מפתיע למבנים קוסמיים

במעבר חד, תופעה נוספת שבה נמצא דפוס התהוות היא מבנה קוסמי שמכונה "נימה גלקטית". במאמר ב- Nautilus ד"ר פרנקו ואצה, אסטרונום מאוניברסיטת בולוניה, וד"ר אלברטו פלטי, נוירוכירורג מאוניברסיטת מודנה, מסבירים כי הנימות הגלקטיות הן ההצטברויות הגדולות ביותר של חומר שקיימות ביקום, שביניהן נמצא חלל ריק. המבנה הקוסמי הבסיסי במקרה הזה הוא גלקסיה, כמו שביל החלב שלנו. מספר רב של גלקסיות מכונה צביר, מספר צבירים הוא צביר-על, והרמה הגבוהה ביותר של ריכוז עצמים קוסמיים היא נימה גלקטית.

מה לכל זה ולמוח? ובכן, עוד רגע קט. הסיבה שבכלל ניגשו לחקור את הנימות הגלקטיות בהקשר של מערכות מורכבות וארגון פנימי נמצאת בגבולות שלהם. אסטרונומים, בחוש המיוחד רק להם, הריחו כי בקו התפר שבין ריכוזי החומר הגדולים ביותר ובין חללי הריק הגדולים ביותר, לבטח יקרו דברים מעניינים. כנראה משהו בכוחות כבידה שמאיצים חומר ויוצרים מערבולות וגלי הדף גלקטיים, רמז להם. לא משנה. "שיערנו", הם מסבירים, "שהגבול בין ריק לנימות הוא אחד מהנפחים המורכבים ביותר ביקום, כפי שמורכבות נמדדת על סמך מספר יחידות המידע שדרושות לתאר אותה". אחת המערכות המורכבות ביותר היא כמובן המוח, ולכן השניים החלו לתכנן דרך לביצוע השוואה מספרית בין שתי המערכות.

נחסוך מכם את התהליך המרנין, אבל על מספר ממצאים שווה להתעכב. הראשון הוא שבדרך לגלות את הדמיון במידת המורכבות, החוקרים מצאו להפתעתם כי קיימים גם קווי דמיון במבנה של הנימות הגלקטיות ושל המוח. לנימות הללו, מסתבר, יש מבנה פתילי שמזכיר את המערך הנוירוני במוח. בנוסף, בניתוח סטטיסטי הם מצאו מתאם גבוה בין המוח לנימות בכמה וכמה משתנים המודדים מורכבות של מערכות.

"דרך מעשית להעריך את מורכבותה של מערכת", למשל, "היא למדוד כמה קשה לחזות את התנהגותה". החישובים שלהם הובילו למסקנה שדרוש מספר, ובכן, אסטרונומי, כדי לתאר מורכבות של נימה גלקטית. כדי לסבר את האוזן, הנתונים נמדדים בפטה-בייט, יחידת מידה ששווה 1 ו-15 אפסים אחריו. דרושים, אפוא, בין 1 ל-10 פטה-בייט כדי לתאר את הנימה הגלקטית. לגבי המוח, כולנו נתקלים מדי יום באנשים שממחישים עד כמה קשה לחזות את התנהגותו, אבל אם אתם מתעקשים על סטטיסטיקה קשה, מדובר על 2.5 פטה-בייט, אותו סדר גודל של הנימות הגלקטיות.

אפשר לפזר את המידע במוח על פני מיליוני שנות אור

המשמעות של הנתונים הללו, לדברי ואצה ופלטי, היא "שבהכללה גסה [...] את כל גוף המידע שמאוחסן במוח אנושי (למשל, כל ניסיון החיים של בן אדם), ניתן לקודד בפיזור הגלקסיות ביקום שלנו". כל הממצאים הללו הובילו אותם למסקנה כי שני המבנים מאופיינים ביכולת ארגון-עצמי, כלומר בכושר התהוות. הם לא פרקטליים – כלומר חוזרים על עצמם בקני מידה שונים, אלא מערכות שבמעבר בין הרמות מושג משהו חדש שלא היה קיים קודם לכן. "זו באמת עובדה יוצאת דופן שהרשת הקוסמית דומה יותר למוח האנושי מאשר למבנה הפנימי של גלקסיה; או שהרשת העצבית דומה יותר לרשת הקוסמית מאש למבנה של תא עצב".

עכשיו לחלק המעניין באמת, שמן הסתם אין עליו תשובה: מה המשמעות של כל זה? אפשרות אחת היא שייתכן כי הדמיון בין המבנים מעיד משהו. המוח נוצר באותו פורמט של התפשטות היקום של מושבת נמלים ושל מערכות נוספות. אולי זה המכנה המשותף של דברים שנמצאים בהתפשטות תמידית, בשאיפה להתרחב ולגדול.

אפשרות אחרת יכולה להיות שזו סתם עוד אחת מההגדרות הכלליות שקיימות בטבע, ובמקרה התברר שהמוח והיקום פועלים על בסיס חוקיות דומה. ייתכן שעוד מאה שנה יגלו מדענים כי גם גבישי הקוטג' נוצרים על פי אותה חוקיות התהוותית, ולדברים אין כל משמעות. למעשה, שתי המסקנות זהות, כשכל ההבדל ביניהן הוא תכנון מוקדם לעומת אקראיות. וזו כבר שאלה שנשאיר להרהור הקוראים.

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך:

סדר מתוך כאוס – פיזיקאים מנסים להסביר את העיקרון האניגמטי של היווצרות החיים

מדענים ופילוסופים מתקשים לקבוע האם תיתכן תודעה בעצמים דוממים – מדוע?

פרדוקס האור – כיצד התופעה שמאפשרת לנו לראות מסתירה סוד אפל של היקום

עוד ממהות החיים

23.07.19
נוירולוג מסביר: כיצד אמנות מופשטת מדליקה ניצוצות במוח ומה היתרונות הקוגניטיביים שלה
22.07.19
מדוע הורות שמתבססת על השתוללות והנאה חיונית להתפתחות הילד?
18.07.19
ההרצאה השבועית של TED: אוהבים את הים? גלו כיצד זרמיו משפיעים על חייכם
17.07.19
הבסיס לחוש הומור קיים בנו כבר מינקות – השאלה היא איך לשכלל אותו כמבוגרים
16.07.19
הכישרון להתקומם – שחרור מהגורמים שמדכאים אותנו דורש אומץ, אבל המחיר שווה
15.07.19
יכול להיות שהסתכלנו לא נכון על עיקרון האבולוציה? מה המוות מספר על תכלית החיים
11.07.19
ההרצאה השבועית של TED: ההפתעות שבאות כשסומכים על אחרים שישתמשו בשכל הישר
10.07.19
בישול ארוך על אש נמוכה – מדוע התקדמות מתונה ומתמשכת אפקטיבית יותר ללמידה והצלחה
08.07.19
מה ניתן ללמוד מהסחלב ומשן-הארי על פיתוח עוצמה נפשית גם בסיטואציות שליליות
04.07.19
ההרצאה השבועית של TED: היש טעם בכישורים ללא הביטחון העצמי להשתמש בהם?
03.07.19
קצת סדר בראש – מהי מדיטציה, האם לכל הטכניקות מטרה דומה וכיצד לבחור בתרגול הנכון לנו?
01.07.19
קטנות, אבל מעצבנות – מה לעשות עם הטרדות וההטרחות הפשוטות של היומיום?
27.06.19
ההרצאה השבועית של TED: די במחשבה על תוצאות מעשינו הטובים כדי להגביר אושר בחיים
26.06.19
האנשים ששהות בטבע היא הגדרת התפקיד שלהם – ומה זה עושה למצבם המנטלי
25.06.19
כשהופכים בעיות לדמויות ניתן לנהל מולן דיאלוג – משל הודי על ההתמודדות עם המיינד
24.06.19
אנחנו בלאו הכי נושמים – מדוע לא לעשות זאת בצורה שתפעיל מנגנון ביולוגי להפחתת מתח?
19.06.19
ההרצאה השבועית של TED: שינוי נסיבות החיים יעיל יותר מניסיון לשפר יכולת קוגניטיבית
19.06.19
זה לא סתם עניין סמנטי – כיצד ניתן לעשות את המעבר מהמתנה משמימה לציפייה מרגשת
18.06.19
מדוע חוויה רגשית מלאה חיונית לבריאותנו – וכיצד הגוף חושף את מה שאנו מדחיקים
17.06.19
מדוע כדאי לכול אחד להתנסות בפעילות יצירתית מדי פעם – לא משנה מה ובאיזה גיל