המח האנושי היה ועודנו תעלומה לא פתורה עבור מדענים, חוקרים, פילוסופים ורבים נוספים לאורך ההיסטוריה. תיאוריות והשערות שונות הועלו כדי להסביר את תפקידיו ומנגנוניו: כיצד מתרחש עיבוד המידע במח? כיצד מחשבה הופכת לפעולה מוטורית תוך מיקרו-שניות? כיצד מיוצג הקלט מהחושים השונים ומה עושים כאשר אחד מחלקי המח חולה או פועל בצורה לא סינכרונית?
בסדרת הכתבות אסקור בקצרה אבני-דרך בחקר המח מימי קדם ועד פיתוחים אחרונים בחקר המח שאולי ביכולתם לפתור את התעלומה הגדולה: כיצד ואיך המח מקודד מידע. מימי קדם ועד ימינו, חקר המח עבר אבולוציה והתפתחות רבה, שהובילו להתקדמות משמעותית בהבנתנו את המח ואת פעולתו. הפרשנות של המח בכל דור ודור השתנתה בהתאם לממד הסביבתי-תרבותי שלנו.
המחקר המוקדם ביותר הידוע על המח מתוארך למצרים העתיקה, שם הפפירוס הכירורגי של אדווין סמית', המתוארך לשנת 1600 לפנה"ס, תיעד את התצפיות הראשונות על תפקודי המח. נתיחות ב-27 חולים עם פגיעות במערכת העצבים ובמח מתוארות בו, מה שיכול ללמד על כך שכבר אז הכירו בחשיבות האיבר המתקפל על עצמו ודחוס בתוך עצם גרמית דחוקה. ההסתכלות על המח כאיבר משמעותי באותם ימים איננה מובנת מאליה. לרוב, בנתיחות, המח היה נזרק ולא נחקר והלב היה מקבל, כשמו, את מלוא תשומת הלב. עד היום אנו מתייחסים לרגשות ככאלה השוכנים בלב. האנשים המקיפים אותנו הם טובי לב, רחבי לב ולעיתים כואב הלב על אדם מסוים או על זו הדרך. בספר הספרים, מופיעה המילה לב בהקשרים נפשים-רגשיים: "כי יצר לב האדם רע מנעוריו" (בראשית ח' כ"א), "ויחזק לב פרעה" (שמות ז' י"ג; ט' ל"ה), "ולא נתן ה' לכם לב לדעת" (דברים כ"ט ג') ועוד מקורות רבים בהם מתמקדים בלב ואילו המח כלל אינו מוזכר ע"י הקדמונים.
אף מבחינה אנקדוטלית, בימי בבל ואשור אנו מוצאים התייחסויות נוספות למח או לאירועים הקשורים במח. בלוחות חרס מבבל, באיזור 4000 לפנה"ס, אנו מוצאים התייחסויות לאפילפסיה ותיאורים של השפעות חלב הפרג, ממנו מייצרים את האופיום, המשמש כמשנה תודעה.
ביוון העתיקה, פילוסופים כמו היפוקרטס ואריסטו, הביאו תיאוריה לגבי תפקידו של המח בגוף, והציעו שהוא משמש מקור לתחושה ולתנועה. היפוקרטס, אבי הרפואה המודרנית אשר חי במאה ה-5 לפנה"ס, מציע כי הלב אינו מחולל הרגש-תודעה-מחשבה אלא המח. הוא מגיע למסקנה זו מהנחה ידועה בביולוגיה הקושרת בין מבנה של איבר לתיפקודו. מבחינת היפוקרטס, העובדה כי איברי החוש השונים ממוקמים בגולגולת- העיניים, האף, האזניים והפה, מעידה על כך כי הם קשורים בקשר תיפקודי חושי הדוק עם המח, שאף הוכח כמקושר לכל אותם איברים בתעלות קטנות בנתיחות שביצע היפוקרטס.
כמאה שנה לאחר מכן, אריסטו חולק על היפוקרטס ומאותה הנחת מבנה-תיפקוד, ממנה הניח היפוקרטס כי מיקומם של אברי החוש בסמוך למח מעיד על תיפקודו, מניח אריסטו כי מבנה המח המורכב משקעים ופיתולים (Gyri & sulci) אינו אלא 'מפזר חום' בעל שטח פנים גדול מאד המעביר ביעילות את החום לסביבה ודחוס במבנה גרמי והלב, כפי שחשבו עד להיפוקרטס, הוא מקור הרגש-תודעה-חשיבה.
בשנים 129-200 לספירה, קלאודיוס גלנוס ("גלן"), רופא החצר של הקיסר הרומאי, מחזיר לשיח את תורתו של היפוקרטס, אבי השיטה המדעית לרפואה. הוא מבצע ניתוחים בחזירים ופרות ומגלה את חדרי המח המלאים בנוזל. הוא ואחרים מגיעים למסקנה כי אותם חדרים מכילים את מה שהם מכנים "Animal’s spirit", כאשר החדרים הקדמיים מעורבים בבקרה והאחוריים מעורבים בזיכרון. הוא מתייחס למבנה הרך והגמיש יחסית של קליפת המח, הקורטקס, אל מול מבנה המחון, הצרבלום, הנוקשה ומגיע למסקנה כי שינויים יתרחשו בקליפה הרכה ואילו הצרבלום הנוקשה מעורב בתפקודים הדורשים נוקשות כמו בקרת תנועה ושיווי המשקל. ההיקשים הללו אינם מ
בוססים על ניסויים תפקודיים למרות שכיום אנו יודעים כי היקשים אלו נכונים.
בתקופת הרנסנס, התעורר עניין מחודש בחקר המח. אנדריאס וסליוס, אנטומיסט פלמי, ביצע ניתוחים מפורטים של גוף האדם, כולל המח, מה שעזר להפיג כמה מהתפיסות השגויות הקודמות לגבי תפקידיו. במקביל אליו, לאונרדו דה וינצ'י בכתביו, מראה שרטוטים של ניתוחי גופות בבני אדם ובחיות כולל של מערכת העצבים ואנו מתחילים לצבור מידע על האנטומיה של המח. יחד עם וסליוס הם מהווים את הבסיס להבנת המח האנושי. מאוחר יותר, במאות ה-16 וה-17, הפילוסוף רנה דקארט הציע שהמח משמש כמקום מושבה של הנשמה, השקפה שנותרה השפעה במשך כמה מאות שנים. דקארט מושפע תרבותית ממדע התרמודינמיקה המתפתח באותה תקופה ומצייר אדם הכורע ליד אש ורגלו נכנסת לאש ומתרחשת הולכה של חום, מידע עצבי, בחזרה אל המח אשר מוליך בחזרה את המידע מטה והאדם מוציא את רגלו מהאש. החום, א"כ, אצל דקארט משמש כמידע העובר ממקום למקום. מרגש לח
שוב כי תגליותיו אינן רחוקות מהידוע לנו כיום, לפיו המידע העובר הינו אות חשמלי העובר ממקום למקום.
במאה ה-18, בנג'מין פרנקלין מטיס בפילדלפיה עפיפון עם חוט תיל ממתכת במטרה למשוך אליו מטען חשמלי הנוצר מעל העננים. מהצד השני קשר פרנקלין מפתח אותו חיבר אל ידו ברצועת משי. לאחר זמן מה הוא חש זרם חשמלי שייתכן שהיה זרם סטטי ודיווח על תגליותיו לעולם המדע. התגלית המרעישה עושה הדים ומדענים, לצד נסיונות אגירת חשמל סטטי, 'מחשמלים' את כל הנקרה בדרכם, החל ממעגלי כמרים המחזיקים ידיים זה לזה ועד לנשות החברה הגבוהה במסיבות. החשמל נכנס לתודעה, לתרבות ולהפנמה כי האנרגיה האגורה בו יכולה להניע תהליכים שונים. קרוב לאותה תקופה, רופא ופילוסוף איטלקי ופרופסור לאנטומיה באוניברסיטת בולוניה בשם לואיג'י גלווני, מגלה במקרה כי ניצוץ של חשמל סטטי במעבדתו גרם לרגל של צפרדע בקרבת מקום להתכווץ. הוא פותח בסדרת ניסויים בהם הוא מגלה כי אין קשר בין עוצמת ההתפרקות הסטטית לבין עוצמת הכיווץ, מה שגרם לו להניח כי קיים גורם מקשר המוטמע במעמקי הרקמה הביולוגית. זהו אינו חום או רוחות אלא גורם הזורם אצלנו במערכת העצבים. עולם המדע מפנים כי מערכת העצבים מופעלת על ידי חשמל.
במאה ה-19 נרשמת התקדמות משמעותית בחקר המח. המח מתחיל להיחקר לא רק בשאלות של "איך" המכונה המופלאה הזו פועלת אלא אף בשאלה "מה". מה קורה במח ומה משפיע על תפקודים ופונקציות אנושיות שונות. פרנץ גאל, נוירואנטומיסט גרמני, הציע שהגודל והצורה של אזורים שונים במח קשורים לתפקודים נפשיים ספציפיים. תיאוריה זו, הידועה בשם פרנולוגיה, נפגעה מאוחר יותר, אך היא עזרה להניח את הבסיס למחקר מאוחר יותר על מבנה המח ותפקודיו.
רופא נוסף בן המאה ה-19 בשם פול ברוקה נקרא אל חולה אשר מצליח לומר מילה אחת בלבד: ‘Tan’. החולה עונה על השאלות השונות בצורה אחידה ‘Tan’ אך יחד עם זאת הוא מבין הכל ומתפקד בצורה מושלמת בכל מה שאינו קשור לדיבור. כשאותו חולה נפטר, ברוקה מנתח את הגופה ובוחן את המח של אותו חולה. הוא מגלה איזור באונה השמאלית הקדמית ובו חור. אותו איזור נקרא עד היום איזור ברוקה ואחראי על עיבוד השפה והוצאה לפועל של דיבור. במקביל אליו, פסיכולוג ופסיכיאטר גרמני בשם קרל ורניקה מגלה איזור נוסף, אחורי, באונה הרקתית, שפגיעה בו לא פוגעת בדיבור אך פוגעת בהבנה ומפיקה דיבור שוטף אך לעיתים חסר פשר, כולל קפיצות מנושא לנושא, שימוש במילים מתחום אחר שאינו זה שבו עוסקת השיחה, בחלקי משפט ואפילו במילים מומצאות.
ממצאים אלו מחזקים את ההבנה על מבנה המח וחלוקתו לאזורים תפקודיים.
במחצית השנייה של המאה ה-19, אפשרה התקדמות טכנולוגית, כמו שכלול המיקרוסקופ ופיתוח טכניקות צ ביעה, לחקור את תאי המח והרקמות בפירוט רב יותר. מדען איטלקי בשם קמילו גולג'י מביא לעולם את התיאוריה הרטיקולרית (סיבית, רשתית). בסדרת ניסויים, טבל גולג'י פרוסות ממערכת העצבים בתמיסת כסף חנקתי. מעקב אחר שלוחות התאים מאיזור לאיזור מביא להיקש מאחת ההמצאות של אותה תקופה, הטלגרף, השולח אותות למרחקים עצומים על ידי חוטים באמצעות קוד. גולג'י מבין כי המח אינו אלא רשת חוטים סבוכה המורכבת מתא עצב גדול ובו מרווחים המשרים שדות חשמליים המחוברים זה לזה. רופא ופיזיולוג ספרדי בשם סנטיאגו רמון אי קחאל אשר נחשב כיום לאבי מדעי המח המודרניים, משתמש בשיטה של גולג'י לצביעת תאים ומצליח לצייר תא בודד עם גרעין בודד במערכת העצבים, העתק של התא אשר הוא בוחן במיקרוסקופ. ממצאיהם של גולג'י וקחאל מביאים לגילוי הנוירון, היחידה הבסיסית של המבנה והתפקוד של המח, תגלית אשר עליה הם מקבלים ב-1906 פרס נובל לרפואה ופיזיולוגיה.
ההבנה כי תאי עצב שונים מתקשרים זה עם זה באמצעות שדרים חשמליים העוברים בנוירון במהירות עצומה, הביאה את אוטו לוי ב-1922 לשאול מה קורה באותם מרווחים בין תא לתא. אותם מרווחים, ידועים ב
שם 'סינפסות' ומהווים מקום מפגש ואינטגרציה למידע חשמלי. לוי מגלה שלא רק חשמל מעורב בתהליך אלא גם כימיקלים שונים ובראשם המוליך העצבי הידוע "אצטילכולין". השדר החשמלי העובר בנוירון א' גורם לשחרור וזיקולות, בועיות בקצה הנוירון ובהן החומר אצטילכולין אשר פועל על הרצפטורים, הקולטנים בנוירון ב' העוקב. כך נע השדר עד לאתר המטרה ובחזרה.
במאה ה-20 חלה עלייה משמעותית בחקר המח, עם התפתחותן של טכנולוגיות וטכניקות חדשות שאפשרו למדענים לחקור את תפקודי המח ומנגנוניו בפירוט רב יותר. בתחילת המאה פותחו לראשונה הקלטות חשמליות של המח, הידועות בשם אלקטרואנצפלוגרמות (EEGs). כלי זה אפשר למדענים לצפות בפעילות החשמלית של המח וללמוד את תגובותיו לגירויים שונים.
ב-1952, הודג'קין והאקסלי גילו כיצד המח מקודד מידע, את הא"ב העצבי. מדובר באחת התגליות הגדולות בהיסטוריה שלא זכתה להכרה הראויה. בעזרת מערכת משוואות דיפרנציאליות לא לינאריות ממעלה ראשונה, הראה הצמד כי תא העצב, הנוירון, דומה למעגל חשמלי עם נגד, קבל וסוללה. התעלות משמשות כנגדים, הממברנה הדו-שכבתית כקבל ולכל תא יש מתח מוצא התלוי בתכונות חשמליות וכימיות וזוהי הסוללה במעגל. תגלית זו אשר עליה קיבלו השניים ב-1963 את פרס הנובל לרפואה ופיזיולוגיה, מהווה את הא"ב של הקוד העצבי אך למרות זאת, מאז ועד היום אנחנו יודעים לתאר את הקוד אך בה בעת איננו יודעים כיצד לקרוא את אותו א"ב של הקוד העצבי.
באמצע המאה ה-20, הפיתוח של טכניקות הדמיה עצבית, כגון הדמיית תהודה מגנטית (MRI) וטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET), אפשרה למדענים לדמיין את מבנה המח ופעילותו בזמן אמת. זה הוביל להתקדמות משמעותית בהבנתנו את המח ותפקודיו, כולל זיהוי אזורי מח ספציפיים המעורבים בשפה, זיכרון ורגש.
במאה ה-21, חקר המח ממשיך להתפתח ולהתפתח בקצב מהיר, כאשר כל הזמן מתפתחות טכנולוגיות וטכניקות חדשות. ההתקדמות בגנטיקה ובביולוגיה מולקולרית הובילה להבנה טובה יותר של הבסיס הגנטי והמולקולרי של תפקוד המח, בעוד שההתקדמות בבינה מלאכותית ולמידת מכונה עוזרת לפתוח תובנות חדשות על הרשתות העצביות המורכבות של המח.
כיום, חקר המח הוא רב-תחומי, כאשר חוקרים ממגוון רחב של דיסציפלינות, כולל מדעי המח, פסיכולוגיה, מדעי המחשב והנדסה, פועלים יחד כדי לפענח את מסתורי המח. ככל שההבנה שלנו לגבי המח ממשיכה לגדול ולהתפתח, אנחנו יכולים לצפות לתגליות ולהתקדמות חדשים שיעזרו לנו להבין טוב יותר ולטפל במגוון רחב של הפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות.
אלעד אבידן, דוקטורנט למדעי המח ורפואה (MD-PhD) באוניברסיטה העברית
ומלגאי "ארגון יוצאי מרכז אירופה"