אני מפנה את הקורה להצהרת ההסתייגות, בחלק א, שנכונה גם כאן, וכנראה לכל אורך הספר.
בפרק הקודם דיברנו על הנוירון הבודד. כאן נדון בפעילות של קבוצות נוירונים. אורך של נוירון במוח יכול להיות מתחת למילימטר אבל נוירונים שמחברים סְפֶרות (spheres) ואזורים שונים יכולים להיות עם אקסון באורך של מעל 10 סנטימטר. במקרים רבים מספר רב של אקסונים שעוברים בין אזורים מונחים אחד לי השני באלומות. אם נסתכל על המוח מבחוץ פנימה אז, על קליפת המוח בקורטקס (במבט כלפי פנים המוח), יכולים להיות מעל עשרות אלפי נוירונים במילימטר מרובע. כשאנחנו מדברים על אזורים, אפילו אזורים בגודל מילימטר, אנחנו מדברים על עשרות אלפי ומיליוני נוירונים. עכשיו אנחנו מדברים על קהל עצום של נוירונים והתנהגות קהל שונה מהתנהגות של בודד.
נזכור שירייה של נוירון אחד מביאה בסבירות גבוה לירייה של הנוירון שלידו שמחובר אליו בסינפסה. ניתן לדמיין את הנוירונים כקהל שיושב ביציע של אצטדיון. כאשר האיש לידך מרים ומוריד את ידיו. אחרי שראית שהוא הרים את ידיו, בסיכוי גבוה, גם אתה מרים ומוריד את ידיך. כך כאשר אדם ביציע מרים ומוריד את ידיו נראה "גל" של הרמה והורדת ידיים מתפשט לאורך כל היציע. אלו הם גלי המוח. גלים חשמליים במוח, שניתנים למדידה באמצעות מכשור פשוט יחסית שנקרא EEG.
EEG
ה-EEG בנוי מערכה של אלקטרודות חשמליות שמונחות על הקרקפת. אלקטרודות אלו מודדות את החשמל שמגיע אליהן. מאחר והנוירונים כל אחד בנפרד מיצר פעימות חשמליות, אז האלקטרודות קולטות חשמל זה שמגיע אליהן בהשראה. החשמל שנמדד באלקטרודות אינו של נוירון בודד אלא הגלים שנוצרו על ידי מאות אלפי נוירונים.
תמונה של אלקטרודות EEG מונחות על אדם
ה-EEG הפשוט (והזול יחסית), מזהה גלים בתדרים של עד כ-40Hz . מכשיר EEG מעולה יכול לזהות גם 100Hz . כדי לזהות תדרים שקיימים במוח, תדרים עד כ-250Hz , נדרשות טכניקות סבוכות יותר. הגלים האטיים ביותר (תדר נמוך) הם של גל שמשנה את מצבו כל שתי שניות עד לשינויים של 4 פעמים בשנייה (0.5-4Hz). אלו גלי דלתא, גלים שקשורים בעיקר במצב של שינה עמוקה ורגועה. הגלים המהירים ביותר הם גלי VHG. גלי גמא גבוהים ביותר שמגעים לקצב של 250 שינויים בשנייה (250Hz). גלי גמא, קשורים במקרים רבים לתפקודי חשיבה מופשטים יותר.
כזכור אורך הפעימה שנוצרת בנוירון הי כ-2mSec. והאקסון חייב זמן התאוששות (עד שמשאבות היונים מייצבות חזרה את ריכוזי היונים. כלומר הקצב המקסימאלי התאורטי הוא פעימה כל 4mSec. מכאן התדר המקסימאלי האפשרי הוא: f=1/T=1/4mSec=250Hz. אבל מאחר ונוירונים שונים יכולים לירות אחד אחרי השני ניתן לקבל גלים בקצב מהיר יותר אבל קשה יותר לאפיין גלים כאלו.
מנקודת מבט אנלוגית כל "ירייה" של נוירון, נוצרת בעולם האנלוגי. היא נוצרת מאוסף של משקלים אנלוגיים שמאוחסנים בדנדריטים. מאחר וזהו שקלול (חישוב) אנלוגי, יש בו כמעט אינסוף מצבים. בנוסף, שלא כמו מחשב שבו יש שעון (Clock) מרכזי שמתזמן הכל, במוח אין שעון תזמון. כלומר ירייה (1 לוגי) יכולה להופיע בכל רגע ואינה מתוזמנת עם עליה או ירידה של שעון. מכאן גם כאן יש אין סוף אופציות. אופציות של תזמון פעימה חשמלית אחת מול אחרת.
בכל זאת גלי המוח מייצרים סוג של סנכרון. סנכרון שדומה לסנכרון בין אנשים בקהל. דוגמא פשוטה היא שניתן לסנכרן כך שקהל מסוים ימחה כפים בקצב (ובפאזה – כלומר סגירת הכפיים תהיה ביחד) זהים. או שקהל ישיר ביחד – מקהלה.
תקשורת בין נוירונים
קשה לנו לבחון פעילות של נוירון בודד במוח אנושי. בעכבר, אנחנו יכולים יחסית בקלות להכניס אלקטרודה לתוך נוירון בודד. אבל גם בעכבר קשה להבין את השפעת הפעולה של נוירון בודד (פשוט יש מיליונים). אבל הם פועלים במקרים רבים פועלים כקבוצה. הנוירונים באזורים השונים מתקשרים ביניהם באמצעות גלי המוח. יותר נכון אזורים במוח מתקשרים באמצעות גלי מוח. גם אזורים קטנים. אזור של מילימטר בודד, יכול לתקשר עם אזור של מילימטר שנמצא במרחק של סנטימטרים ממנו. ואזור שאחראי על תפקודים מסוימים יכול לתקשר עם אזור אחר שנמצא מעל 10 סנטימטר ממנו שאחראי על תפקודים אחרים באמצעות גלי מוח.
אנחנו מזהים את התקשורת הזו כאשר תדר מסוים עם פאזה מסוימת מופיע ונעלם וחוזר להופיע וכך הלאה באותו זמן באותם שני אזורים. אותו אזור יכול לתקשר אם אזור אחד בתדר אחד ואם אזור אחר בתדר אחר. בדומה לכך שאנו יכולים לשמוע שידור שמע של רדיו של תחנה בתדר אחד ולשמוע שמע אחר בתחנה אחרת בתדר אחר.
כדי להבין מי מדבר עם מי באוסף התדרים צריך לבצע המרת פורייה (שממירה את מרחב הזמן למרחב התדר) ואז לנסות ולהבין איפה קיימים התדרים השונים שמתנהגים באמפליטודה ובפאזה בצורה דומה. למזלנו יש כל מתמטי בשם "קוהירנס" שיודע לבצע זאת. ניקח מדידות EEG (או מדויק יותר של iEEG) מאלקטרודה. ונבדוק את מידת הקוהירנס בתחום תדרים למדידות של אלקטרודה אחרת נדע את מידת החיבוריות או התקשורת שהייתה בין האזורים שבהם היו האלקטרודות. אפשר לומר עד כמה אותם שני אזורים שוחחו ביניהם.
שמות תחומי התדרים הם בעצם בהתאם להיסטוריה בה התגלו. ב-1924 הרופא והפסיכולוג Hans Berger זיהה את הגלים במוח. תחום הגלים הנמוך ביותר שזיהה היה 8 הרץ. ולכן תחום זה נקרא אלפא. תחום הגלים הגבוה היה כ-30 הרץ ולכן נקרה גמא והאמצע נקרא בטא. רק אחר כך התגלו גלים יותר נמוכים שנקראו תטא ודלתא וגלים גבוהים יותר שנקראו גלי גמא גבוהים.
גלי דלתא – טווח תדרים 0.5 עד 4 Hz (הרץ) DELTA
דלתא הינו טווח התדרים המייצג את התדרים הנמוכים ביותר ברצף התדרים הידוע במוח. אלו הם שינויי מתח בקצב שביון שינוי כל 2 שניות עד לקצב של 4 שינויים בשנייה
מחקרים מראים שתדרים נמוכים אלה מייצגים בעיקר מצבים של שינה עמוקה. כלומר, כאשר המוח נמצא במצב של שינה יש סנכרון גבוה בין המערכות השונות במוח וישנה פעילות מוחית נמוכה. כלומר בשינה עמוקה יש הרבה גלי דלתא שבאים בקצב זהה ואותה פאזה תדר זה מייצג גם מצב של קומה(Comma).
גלי הדלתא התגלו לראשונה בשנות ה-30 של המאה ה-20 על ידי William Grey Walter.
כפי שהוסבר בפרק על הנוירון הבודד, לגלי דלתא יש מספר תפקידים בשינה. הם חלק ממחזור השינה.
חלק אחר במחזור השינה הוא ה-REM, שבו אנו כמעט במצב ערני וגלי הדלתא כמעט ולא קיימים. ב-REM יש את תהליך החלומות שמאפשרים לנו לחדש את המשקל של הסינפסות ובכך לשמור את הזיכרונות שלנו. בתוך פעולה זו אנו גם הופכים זיכרון לרגש. כלומר הזיכרון של פציעה מסכין הופך לרגש של פחד. זהו סוג של דחיסה (כמו zip) של הזיכרון. אני לא צריך לזכור את כל פרטי המקרה שבו נחתכתי מהסכין יתכן וכלל לא אזכור את כל המקרים בהם סכין יצר בי את רגש הפחד. הרבה מקרים שבהם יש לי אלפי תמונות עם מצבים שונים של סכינים שונים. את כל הזיכרונות הללו אני יכול למחוק ורק לזכור משהו שהוא על גבול הבינארי, סכין = פחד. אני לא באמת מוחק את כל הזיכרונות אני פשוט מקטין את קצב הריענון של הסינפסות וכך הזיכרון הולך ונחלש. כפי שנאמר כחלק א, הסינפסות שלא בשימוש יכולות להיעלם לחלוטין, ואז מפונות כזבל על ידי תאי הגליה. הסינפסות גם יכולות לשמש במסלולים אחרים לזיכרונות אחרים. בזמן ה-REM בחלום, ישנה מערכת שנועדה לשתק לנו את השרירים כדי שלא נפעל בהתאם לחלום. כשמערכת זו משובשת, ישנה התופעה של הליכה בשינה. ה-REM לבדו אינו יכול לייצר לימוד לטווח ארוך, והוא צריך את גלי הדלתא במחזור השינה.
גלי תטא טווח תדרים 4 עד 8 Hz (הרץ) THETA
מופיעים בנמנום או התעוררות. כלומר חלק ממחזור השינה. גלים אלו קשורים לעיכוב של תגובות מעוררות כאשר אנו מנסים להירדם או להתעורר. התהליך בו אתה מנסה להירדם הוא תהליך בו אתה "עושה את עצמך ישן". כלומר כמו במשחק תיאטרון אתה מיג בפני עצמך כאילו אתה ישן, עד שבאמת גלי התטא משתלטים ומרדימים אותך. טווח זה מופיע גם במצבים בהם אדם מנסה באופן פעיל להדחיק תגובה או פעולה או זיכרון בנוסף, טווח זה נקשר למצבים רגועים כמו של מדיטציה ויצירתיות.
גלי אלפא טווח תדרים 8 עד 13 Hz (הרץ) ALPHA
הגלים הראשונים בהם צפה הנס ברגר ולכן קרא להם "גלי אלפא". גלים אלו מופיעים באזורים האחוריים של הראש בשני צדדיו, במשרעת גבוהה יותר בצד הדומיננטי. במנוחה הם נצפים באזורים המרכזיים (c3-c4) באופן נורמלי, טווח זה מופיע בסגירת העיניים ובהרפיה, ומתמעט עם פתיחת העיניים או בעת מאמץ נפשי.
גלי בטא הם גלים בטווח התדרים 13–30 BETA Hz
גלי בטא הם מופיעים בדרך כלל משני צִדי המוח בצורה סימטרית, בעיקר בחלקו הקדמי. גלים אלו הם בעלי משרעת (אמפליטודה) נמוכה. לגלים אלו יש קשר ישיר לפעילות המוחית הקשורה ללמידה וליכולת הקוגניטיבית של המוח ברגע נתון. גלי בטא מייצגים עוררות, קשב ולעיתים אפילו חרדה (במיוחד בקצה העליון של התדירויות). טווח התדרים של גלי הבטא גדול ולכן הוא מחולק בדרך כלל לשני חלקים: בטא נמוך ובטא גבוה. כשהמוח נמצא בתדר בטא (תדר גבוה יחסית), דבר זה מייצג רמת סנכרון נמוכה של רשתות המוח כלומר, זהו מצב בו המוח נמצא ברמת אנרגיה גבוהה וצורך הרבה משאבים מטבוליים.
בתגובה לקול שמושמע למטופל, גלי אלפא-בטא משתנים בין ערות לשינה. הדבר מיוחס לתהליכים של קשב וציפייה.
גלי גמא הם גלים בטווח התדרים 30–70 GAMMAHz
גלים אלו מופיעים בקליפת המוח הסומטוסנסורית (somatosensory cortex). טווח זה קשור לפעילות מוחית רשתית בקנה מידה גדול, ופעילות קוגניטיבית כמו זיכרון פעיל, תשומת לב וקיבוץ של תפיסות שונות. קשור גם להפעלת מערכת העצבים הסימפתית.
גלי גמא גבוהים הם גלים בטווח התדרים 70–+250 GAMA HIGH Hz
גלים אלו קשורים לתפקוד קוגניטיבי גבוה. למשל במבחני Stroop בהם המטופל מתבקש להגיד במהירות את הצבע של ריבוע צהוב שכתוב עליו ירוק. אם אמר ירוק טעה כי הצבע הוא צהוב. הכיתוב הוא הסחה. הם מופיעים כאשר אנחנו מתאמצים ללמוד או להבין בעיה סבוכה. הם מסנכרנים את הנוירונים שאמורים לפתור את הבעיה אבל לא בהכרח מטפלים בשינון ובהפנמת הפתרון. כאמור במקרים רבים הפנמת הפתרון מתבצע רק בשינה.