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

ההרצאה השבועית של TED: מערכת השעונים הביולוגיים במוח מורכבת בהרבה משחשבנו


29 בדצמבר, 2016

לשעוני יד אנלוגיים קיימים שלושה סוגי מנגנונים: מתיחה ידנית, קוורץ (סוללה) ומנגנון אוטומטי. האחרון מופעל מכוח התנועה של היד, באמצעות מערכת קפיצים ומשקולות משוכללת. האנרגיה של היד מניעה את המשקולת, וזו בתורה מותחת את מערכת הקפיצים שמניעים את המחוגים. כך שהשעון – אם לא מונח בצד לפרק זמן ארוך מדי – פועל למעשה באופן רציף ללא תלות במקור חשמל. השעון הביולוגי שלנו אמנם אינו מכני, אבל הוא דומה למנגנון האוטומטי בעיקרון פעולתו. כל זמן שאנחנו חיים, מערכת השעונים שלנו פועלת באופן עצמאי וללא תלות במערכות אחרות.

אנו יודעים שאור השמש משפיע על ייצור מלטונין, הורמון השינה המווסת את מחזורי היום והלילה. אז מה כל כך עצמאי בשעון הביולוגי? כלומר, על פניו, אכן קיימת תלות בגורם חיצוני – אנרגיית השמש – לצורך הפעלת השעון הביולוגי.  ובכן, המערכת שלנו אמנם זקוקה לאור השמש להבחין בין יום ולילה אבל מסתבר שתפיסת הזמן שלנו הרבה יותר משוכללת מזה וחלק מהמנגנונים המווסתים את הזמן מובנים בתוכנו. כיצד, למשל, אנו מצליחים להציל את הטלפון באוויר רגע לפני שהוא מתרסק לנו על הרצפה? איזה מערכת מאפשרת לנו לחשב את שבריר השנייה שבו יתאפשר לנו לתפוס אותו?

חוקרים המנסים להבין כיצד פועלת תפיסת הזמן שלנו גילו כי השעון הביולוגי הוא לא בדיוק שעון, אלא יותר מערכת שעונים משוכללת שיודעת לאמוד זמן בקני מידה משתנים. נראה כי בנוסף לאבחנה בין יום ולילה יש לנו במוח תאריכון, שעון המודד שעות ושעון עצר לטווחי זמן קצרים עד מיידיים. TEDEd ערכו אנימציה קצרה המציגה את סיפורו של חוקר מערות שסייע לחשוף כיצד אנו מבינים את הזמן, ועד כמה מורכבת היכולת שלנו להעריך אותו. יש לנו עוד דרך עד שנבין את המנגנון הזה עד סופו, אבל מה שידוע מרשים בפני עצמו.

מה קורה לגוף אחרי חודשיים במערה חשוכה באלפים?

שנות ה-60 היו שיאן של המרוץ לחלל. בטרם נשלחו בני האדם הראשונים לירח תהו מדענים כיצד תשפיע על חיי האסטרונאוטים השהות בחלל ללא אור השמש. מישל סיפר, חוקר מערות צעיר מצרפת, החליט לבדוק בעצמו. במשך חודשיים הוא הסתגר במערה בקרחון באלפים על גבול צרפת-איטליה. כשהוא ספון כ-115 מטרים עמוק באדמה, ללא אור יום או שעונים שיסמנו עבורו את הזמן, עקב סיפר אחר מחזורי השינה והאוכל של עצמו.

כשיצא החוקר מהמערה, העריך כי התאריך הוא ה-20 באוגוסט 1962, אולם בפועל היה 14 בספטמבר של אותה שנה. במחשבתו הוא חרג כמעט בחודש – סטייה משמעותית בהתחשב בעובדה שהוא שהה במערה רק חודשיים. אבל בעוד התאריכון הפנימי שלו איחר בשליש מהזמן המציאותי, הגוף שלו שמר על לוח הזמנים בדיוק גבוה למדי. מתיעוד הרגלי האכילה והשינה שלו במערה, התברר כי סיפר חי במחזורים של יממות בנות 24 שעות, אף על פי שלא נחשף לאור יום לכל אורך התקופה.

למעשה, סיפר גילה את קיומו של שעון ביולוגי הפועל ללא תלות באור השמש. במחקרים מאוחרים יותר גילו מדענים כי השעון הביולוגי מווסת את הפרשת ההורמונים, וכן את עיבוד המזון ואת השפעת תרופות על הגוף. עוד התברר שככל הנראה יש לנו כמה שעונים, שפועלים במידה מסוימת של תיאום, אך נמצאים באזורים שונים במוח ומתפקדים כיחידות אומדן זמן עצמאיות. כאמור, במערכת השעונים שלנו קיימים סטופר לשניות, שעון לשעות ואפילו לוח שנה לחילופי עונות. על אחד מהם נשען הגוף של סיפר כאשר שמר את מחזורי היממה כסדרם.

השעון הבלתי תלוי שעזר לחוקר המערות לאמוד את הזמן בחשיכה הוא המנגנון הפרימיטיבי ביותר שלנו. כדי לא להלאות בביוכימיה של המוח, ננסה לפשט ולומר שהשעון פועל על ידי ויסות בין שני סוגי חלבונים, חלבון היום וחלבון הלילה, לצורך ההסבר. האחד מפעיל גנים שמשארים אותנו ערים והשני מנטרל את פעולת הגנים הללו. הטוויסט המעניין הוא שכאשר חלבון היום מצטבר הוא מייצר גם את חלבון הלילה. חלבון הלילה גורם לנו להירדם, וכך יורדת כמות חלבוני היום, מה שמוביל לירידה גם בייצור חלבון הלילה ומאפשר לנו להתעורר ולחלבון היום להתרכז בכמויות גדולות מחדש. וכך המחזור הכימי מכוון את הפעילות הביולוגית ללא צורך בהתערבות חיצונית של אור שמש.

ועדיין, לא די בשעון הפרימיטיבי הבסיסי ביותר שלנו כדי לספק את צרכינו בחיים נורמטיביים, דהיינו, מחוץ למערת קרח באלפים. כדי לשמור על דיוק רב אנחנו אכן משתמשים בעזרים חיצוניים, והבולטים שבהם הם אור השמש, טמפרטורה וכן הלאה. הכלים הללו מסייעים לנו לכוונן את הניואנסים בפעילות היומית, כמו למשל עלייה בקואורדינציה ובפעילות השרירים בשעות הצהריים.

מסונכרנים עם חוקי הפיזיקה

למרות שהעזרים החיצוניים מוסיפים לדיוק תפיסת הזמן שלנו, אין בהם כדי לאפשר לנו להתנהל באופן שוטף. כל פעולה שאנו מבצעים וכל מחשבה שחולפת במוחנו הן פונקציות של זמן. כאשר אנו רוצים לבלום את נפילתה של כוס מהשיש, עלינו לאמוד שברי שניות (בטרם יהפכו לשברי זכוכית). אפילו עלייה במדרגות, שמתבססת בעיקר על אומדן מרחק, מתאפשרת תודות לתפיסת זמן מדויקת. אפשר להמשיך בדוגמאות רבות, אבל הזמן קצר והמלאכה מרובה. בשורה התחתונה, כדי לבצע את מרבית הפעולות המוטוריות אנו זקוקים לאומדן זמן בטווח של שניות.

על היכולת הזו אמון שעון העצר שלנו, שככל הנראה פועל בצורה שונה מהאיזון הכימיקלי המסדיר את היממות. התיאוריה המקובלת היא שהגוף יודע לבצע ניטור של תהליכים המתרחשים בו באופן טבעי ולתרגם אותם לתפיסת זמן. כיצד זה פועל? כל תהליך לוקח זמן, וכדי להעריך את פרקו המוח זקוק לשני נתונים: מתי התחיל X ומתי הסתיים. נראה כי במקרה הזה מערכת העצבים נשענת על פעילותה שלה, כלומר על התקשורת בין הנוירונים. לנוירולוגים ידוע כי כל שדר שעובר בין שני נוירונים אורך כמעט אותו זמן. באומדן עדין זה המוח מסתמך על חוקי הפיזיקה האוניברסליים הקיימים בתוכו – כלומר, משך הזמן שלוקח לאותות חשמליים לעבור בין הנוירונים והסינפסות – ויודע לתרגם אותם לתפיסת זמן לשימוש מוטורי ולשימושים נוספים.

אומדן השניות אמנם מבוסס על נתון פיזיקלי קבוע, אך סיפר גילה כי בחשכת המערה תפיסת השניות שלו השתבשה עם הזמן. הוא גילה זאת כאשר ניסה לספור עד 120 בקצב של שתי דקות, ובהתחלה הצליח. אך כעבור מספר שבועות שתי הדקות הפכו לחמש. האם זה מעיד על האטה בקצב הפעילות המוחית? למען האמת למדע אין תשובות ברורות בנושא, אבל עושה רושם שקיים פער בין האופן שהגוף מבין את מושג הזמן ובין הזמן כפי שהוא בא לידי ביטוי בתודעה שלנו. בעוד שהגוף מתבסס על תהליכים פיזיקליים וביולוגיים פנימיים, קבועים ומדויקים יחסית, התודעה שלנו הרבה יותר גמישה. עובדה שאנו משתמשים בשעון יד ולא מסתמכים על המנגנונים הטבעיים שלנו.

השאלה המסקרנת, אם כן, היא מה מקור הפער בין תפיסת הזמן בתודעה ובין השעון הפיזיולוגי שעובד באופן עצמאי. אולי אחת הסיבות שהיא מורכבת כל כך למחקר היא העובדה שזמן הוא מאבני הבניין של מבנה היקום, וכאלמנט כל כך בסיסי קשה לנו להכיל את המשמעות שלו. מכיוון שבני האדם הם חלק מהיקום, חוקי הפיזיקה – ובפרט הזמן – חלים עליהם ופועלים בתוכם. אבל נראה כי התודעה אינה עונה בהכרח לאותן דרישות של החומר. היא זוכה לחופש יחסי מכבלי הזמן. זה יכול להסביר מדוע כל אחד מאתנו מכיר לפחות אדם אחד שכשהוא מצהיר שהוא מוכן ליציאה עוד חמש דקות, אנחנו יודעים שאפשר להמשיך לראות את הפרק של משחקי הכס עד הסוף.

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך:

פיזיקאים מתלבטים: האם הזמן באמת עובר או שהשינוי הוא אם כל האשליות?

קשת המחשבות - מדוע לצבעים יש השפעה כה עמוקה על התודעה שלנו?

פרפרים בבטן – הכירו את 'המוח השני' ששולט במערכת העיכול שלנו

עוד ממהות החיים

16.10.19
מהי "הנגינה הקוונטית" של מיילס דייוויס – ומה עוד אפשר לקחת לחיים מווירטואוז הג'אז
15.10.19
מניפולציות קטנות שיכולות להגביר משמעותית את אחיזת הזיכרון במוח
10.10.19
ההרצאה השבועית של TED: במקום ריבוי משימות , נסו את שיטת איינשטיין – ריבוי עיסוקים
07.10.19
סליחה עוזרת לנו לשפר את הבריאות המנטלית והפיזית – מחקרים מראים כיצד
03.10.19
כיצד מחוות קטנות וניואנסים מובילים אותנו לגדולה – מבט על החיים מעיניו של מנצח תזמורת
02.10.19
לשמור אותם קרוב, לטווח הרחוק – מה אפשר ללמוד מאלפי שנים מצטברות של מערכות יחסים?
26.09.19
ההרצאה השבועית של TED: עצי היער דומים לנו יותר משאנחנו חושבים
24.09.19
מה הופך ספר ילדים לקלאסיקה? 5 סימנים שיעזרו לכם לזהות
23.09.19
האדום שלי והאדום שלך – האם למציאות יש ממשות ללא אנשים שיסכימו עליה?
19.09.19
ההרצאה השבועית של TED: עד כמה אנו בטוחים שהתודעה שלנו אמיתית?
18.09.19
גבולות החיים הולכים ומיטשטשים – מדענים גילו גנים שמופעלים אחרי המוות
16.09.19
שיחות בין עמדות מנוגדות הן דרך פתלתלה – לכן כדאי לצלוח אותן בהילוך נמוך
12.09.19
ההרצאה השבועית של TED: שלושה רכיבים שמעלים את הסיכוי שלנו לשכנע אחרים
10.09.19
כיצד לסגל פתיחות לחוויה ויכולת לראות את המציאות כפי שהיא באמת
09.09.19
4 סגנונות של עמידה במשימות – לא משנה איזה טיפוס אנחנו, יש דרך להוציא מעצמנו את המיטב
05.09.19
ההרצאה השבועית של TED: הכלי העיקרי להבטחת עתידנו הוא הדמיון שלנו
04.09.19
מדוע לקשרים הקרובים שלנו פוטנציאל קנאה גדול וכיצד ניתן לנתב אותה להתפתחות אישית?
03.09.19
לשמוע צבעים ולראות טעמים – כיצד פועל המוח כשמתמוססים הגבולות בין החושים
29.08.19
ההרצאה השבועית של TED: מספר תובנות לחיים שאפשר לקחת מהשיטה המדעית
28.08.19
לפתוח את הראש בעזרת שפות זרות – 7 מילים שמתארות סיפור שלם ברגע