RESEARCH

המחקר נערך בהובלת צוות החוקרים: ד"ר סווארופ דב, סטודנט המחקר נועם ראב, פרופ' משה גולדשטיין וד"ר משה בן שלום, מבית הספר לפיזיקה באוניברסיטת תל אביב, ד"ר וואי כאו, פרופ' עודד הוד ופרופ' מיכאל אורבך מבית הספר לכימיה באוניברסיטת תל אביב, ופרופ' ליאור קרוניק ממכון ויצמן למדע. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת היוקרתי Nature.

ד"ר משה בן שלום, ראש המעבדה לחומרים קוונטים שכבתיים בבית הספר לפיזיקה מסביר: "אנחנו סקרנים מאוד לגלות איך אטומים מחליטים להסתדר בחומר, איך האלקטרונים בוחרים להתערבב ביניהם, ואיך אפשר לתמרן את הסדר האטומי והמטען החשמלי מבחוץ. קשה לענות על השאלות האלה בגלל הכמות הגדולה של האטומים והאלקטרונים אפילו בהתקנים המזעריים של היום. אחד הטריקים הוא לחקור גבישים, שכן האטומים שלהם מסודרים במבנה מחזורי, כך שהמידע על כל המערכת נקבע על ידי התכונות של התא המחזורי האחד – שכולל מספר בודד של אטומים ואלקטרונים. ועדיין קשה לנו להבין ולחזות את הסדר שלהם, בגלל שהאלקטרונים נפרסים בו-זמנית על פני כל האטומים והתכונות של המערכת הקוואנטית נקבעות על ידי כל החלקיקים יחד ויחסי הגומלין שביניהם".

החלקטרוניקה

דרך אחת לגלות את סדר האטומים ואת התפלגות המטען החשמלי היא לשבור את הסימטריה של המבנה, כך שייווצר שדה חשמלי פנימי קבוע בגביש. גבישים אלו נקראים "פולאריים" או מקוטבים. ב-2020 יצרה המעבדה של ד"ר בן שלום גביש מקוטב חדש על ידי הדבקה של שתי שכבות זהות – כאשר כל שכבה היא בעובי אטום בודד. לעומת הגבישים הסימטריים שגדלים בטבע בהם כל שכבה חדשה מסתובבת, כדי למקם אטומים מסוג אחד בדיוק מעל לאטומים מסוג שני, החוקרים הדביקו את זוג השכבות ללא הסיבוב – וכך גרמו להחלקה זעירה בין השכבות ששוברת את הסימטריה, גורמת לדילוג של האלקטרונים משכבה אחת לאחרת, ויוצרת קיטוב חשמלי פנימי. בשלב שני גילו החוקרים שאפשר להחליק בין השכבות קדימה ואחורה וכך למתג את הקיטוב החשמלי באמצעות שדה חשמלי חיצוני (ראו איור). לתופעה הם קראו SlideTronics, "החלקטרוניקה".

"החלקה וטיפוס בין קיטובים חשמליים": מבנה הגביש המחזורי מכיל זוג אטומים במרווחים קבועים בכל שכבה אופקית. ניתן להחליק כל שכבה נוספת ימינה או שמאלה במישור האופקי כדי למקם אטום כחול בדיוק מעל אטום אדום או להפך ובכך להקפיץ אלקטרונים עם מטען חשמלי מעלה או מטה בין השכבות. שלא כמו בגבישים מקוטבים המוכרים עד כה, הפוטנציאל החשמלי במערכת החדשה משתנה בערך קבוע ומוגדר היטב בין כל שלב ושלב. ניתן לטפס בצורה נשלטת בין כל האפשרויות השונות, כלומר ניתן למתג בין יחידות המידע באותו גביש בניגוד לזוג מצבים בטכנולוגיות קודמות.

גביש בעובי שני אטומים בלבד

ד"ר בן שלום מוסיף: "הגביש המקוטב החדש שגילינו, בעובי שני אטומים בלבד, הוא הדק ביותר האפשרי ועשוי לשמש בטכנולוגיות מידע מבוססות מנהור קוואנטי. אנו מפתחים יחידות מנהור כאלו בחברת Slide-Tro LTD שהוקמה ע"י האוניברסיטה ומשקיע חיצוני ופועלת כעת מתחת לרדאר, ומאמינים כי התופעה מאפשרת בסיס רחב להתקנים אלקטרוניים חדשניים החל מפתרונות להפחתת הספק ועד ליחידות זיכרון משופרות. בהיבטי מחקר יסודי, התגלית העלתה בנו מייד שאלות חדשות: איך יסתדר המטען? ומה יהיה גודל הקיטוב? אם נדביק שכבות נוספות למערכת בצורה שתשבור או תשמור את הסימטריה? במילים אחרות, במקום לרדד את עובי המערכת על ידי איכול שכבות מהגביש, כפי שנעשה עד כה, יכולנו כעת לערום גבישים מקוטבים שכבה אחר שכבה זו מעל זו, ובו בזמן למדוד את גודל הקיטוב והפוטנציאל החשמלי שנוצר בכל שלב בסולם השכבות".

בניסוי הנוכחי הצליחו החוקרים להשוות אזורים סמוכים בעלי מספר שכבות שונה, שנערמו יחד עם החלקות בכיוונים שונים היוצרים קיטובים בגדלים שונים. לדוגמה, עבור ארבע שכבות (ושלושה משטחי מגע מקוטבים) יש ארבע אפשרויות לסדר את כיוון שלושת הקיטובים: כולם מצביעים למעלה ↑↑↑, שניים למעלה ואחד למטה  ↑↑↓, אחד למעלה ושניים למטה ↑↓↓ או שלושה למטה ↓↓↓.

"לשמחתנו גילינו סולם של קיטובים מוגדרים היטב המופרדים ביניהם בערכי קיטוב אחידים, כך שכל שלב בסולם יכול לשמש כיחידת מידע נפרדת", אומר נועם ראב, סטודנט המחקר שמדד את הגבישים. "זוהי כאמור תגובה שונה מאוד מזו של הגבישים המוכרים עד כה, שבהם תגובת פני השטח לקיטוב היא משמעותית והחלפת הקיטוב אפשרית כיחידה אחת בלבד – כלומר שינוי הקיטוב בשכבה אחת משנה את מטען השכבות כולן".

ד"ר סווארופ דב, כותב מוביל במאמר, מדגיש: "הצלחנו גם לטעון את השכבות באלקטרון נוסף לכל מאה אטומים בערך ולשפר בכך משמעותית את הולכת הגבישים במישור מבלי לפגוע בקיטוב הניצב". תוך הסתייעות בחישובים תיאורטיים על סמך עקרונות היסוד של המכניקה הקוואנטית, גילינו שאפשר לתכנן ולבנות צירופי גבישים שכבתיים נוספים באמצעות החלקה יחסית בין השכבות, וכי המידע אודות הקיטוב והסימטריה של המערכת נותר כלוא בין השכבות ומוגן מהסביבה," אומר ד"ר וואי כאו, כותב ראשי נוסף שערך את החישובים. "למעשה ה'החלקטרוניקה' עזרה לנו לגלות את סולם הקיטובים הדק ביותר שאפשר לבנות," מסכם ד"ר בן שלום. "המשך מתבקש למחקר עתידי הוא תמרון סדרים אלקטרוניים נוספים, כגון קיטוב מגנטי ומוליכות-על באמצעות החלקות דומות בין סימטריות גבישיות שונות".

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט רמי חדור בהנחיית פרופ' משה קול, ראש בית הספר הנכנס לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש סאקלר, ראש הקתדרה לכימיה ירוקה ע״ש ברונו לנדסברג, וחבר המועצה הירוקה של אוניברסיטת תל אביב, ובשיתוף ד״ר מיכאל שוסטר מחברת כרמל אולפינים ופרופ׳ וינצ׳נזו ונדיטו מאוניברסיטת סלרנו באיטליה. הוא נערך בתמיכת משרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה ובתמיכת הקרן הלאומית למדע ופורסם בכתב-העת היוקרתי Angewandte Chemie והובלט כמאמר VIP.

פולימרים, או חומרים פלסטיים, הם חומרים כימיים בעלי מבנה של שרשראות-ענק. תכונותיהם נקבעות על פי אופי החוליות בשרשרת והאופן בו הן מסודרות. החוקרים מסבירים כי מבין כל החלופות האפשריות, הפלסטיק פולי (חומצה לקטית) נחשב לירוק ביותר, מפני שחומר הגלם לייצורו (החוליות), נגזר ממשאבים מתחדשים, בהם גידולים חקלאיים כגון תירס, ומפני שקצב פירוקו בסביבה מבוקרת לאחר השימוש הוא מהיר. עם זאת, מחירו יחסית לפולימרים המסורתיים הוא גבוה ולכן השימוש בו הוא עדיין מוגבל. הפיתוח של המחקר העדכני צפוי להוזיל את ייצורו.

תהליך הכנת הפלסטיק דורש שימוש בזרז, מעין מכונת אריגה כימית שמחברת את החוליות ליצירת שרשראות הפולימר. בתהליך הכנת חומר הגלם, מתקבלות חוליות מסוגים שונים. הזרז התעשייתי איננו מסוגל להבחין בין סוגי החוליות, והשרשראות שהוא יוצר מכילות רצף אקראי של החוליות. בהתאמה, הפלסטיק המתקבל הוא בעל חוזק מופחת. כדי לקבל תכונות רצויות של הפלסטיק, יש לכן לטהר את חומר הגלם על ידי הפרדת החוליות לסוגיהן השונים עוד לפני שלב הפילמור, דבר שמייקר את תהליך הייצור.

בלב התגלית הנוכחית, נמצאים זרזים חדישים שמסוגלים להבחין בין סוגי החוליות השונים. בהתאמה, מרוכזות החוליות השונות באזורים שונים של השרשראות, והפולימר המתקבל הוא גבישי ובעל חוזק מוגבר, גם כאשר הוא מיוצר מחומר גלם בלתי טהור. השימוש בזרזים אלה מייתר את הצורך בטיהור חומר הגלם ועשוי להוזיל את הייצור. אותה יכולת הבחנה של הזרזים החדישים מתקיימת גם בתנאי ייצור תעשייתיים קיצוניים, והזרזים הם יעילים במיוחד.

"אנחנו מקווים שבעזרת הטכנולוגיה שלנו נוכל להשפיע, כבר בעתיד הנראה לעין, על סוגי החומרים הפלסטיים העתידיים ועל אופן ייצורם, בתקווה להפחית בהקדם את טביעת הרגל הפחמנית של התעשייה העולמית"

מענה איכותי ויעיל לבעיה גלובלית

לשאלה מתי אפשר יהיה להתחיל ליישם את השימוש בשיטה החדשנית עונה פרופ' קול כי "הדרך בין פיתוח מעבדתי ליישום תעשייתי היא כרגיל ארוכה. החומרים והטכנולוגיה החדשים צריכים להראות יתרונות מהותיים יחסית לחומרים והטכנולוגיה הקיימים. לדוגמא, הוזלה קלה של התהליך לא תצדיק בניית מפעל חדש בהשקעה של עשרות מיליוני דולרים. התהליך הקיים סובל ממספר בעיות, בהן שימוש בזרז המבוסס על בדיל וצורך בטיהור יקר של חומר הגלם. להערכתי, ההמצאה שלנו עשויה להתגבר על בעיות אלה. כמובן שצריך להיות שותף תעשייתי אשר יהיה מוכן להשקיע כסף, זמן ומאמצים בשיתוף פעולה, כדי בסופו הטכנולוגיה תהיה בשלה ליישום". 

^{מתכלות לאחר מאות שנים. אריזות מזון ל"שימוש יחיד"}

לשאלה עד כמה תהיה להמצאה החדשה השפעה על חיינו ועל חיי ילדינו יש לפרופ' קול תשובה מורכבת. "הפולימר שלנו מהווה חלק קטן מאד מנפח הפולימרים המיוצרים כיום. כמה קטן? פרומיל, כלומר אלפית. עם זאת, קצב הגידול בייצורו עולה מהר מאד ומדי 4-3 שנים כמותו מוכפלת, וזאת על חשבון פולימרים מסורתיים מזיקים יותר. אנחנו מקווים שאם הטכנולוגיה שלנו תוכל להוזיל את ייצורו, ואולי אף לשפר את תכונותיו - הייצור יוכל להתרחב מהר אף יותר, ובכך להשפיע, כבר בעתיד הנראה לעין, על סוגי החומרים הפלסטיים העתידיים ועל אופן ייצורם, בתקווה להפחית בהקדם את טביעת הרגל הפחמנית של התעשייה העולמית. עם זאת, חייבים להדגיש - לא ניתן יהיה להחליף את הפולימרים המסורתיים הקיימים במרבית היישומים, ובייחוד בתחום אריזות המזון", הוא מסכם.

רמות - חברת המסחור של אוניברסיטת תל אביב, הגישה כמה בקשות פטנט המגנות על הטכנולוגיה ויישומה. "אנו מאמינים בפוטנציאל המסחרי הרחב של הטכנולוגיה ומברכים את פרופ' משה קול, דר' רמי חדור ושותפיהם למחקר על תגלית פורצת דרך, המספקת מענה איכותי ויעיל לבעיה גלובלית ובוערת זו", אומרת קרן פרימור כהן, מנכ"לית רמות.

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומהטכניון הצליחו לראשונה למפות את הקשר בין רשת הקשרים הסבוכה שנוצרת ביריעה דקה לאחר קימוטים חוזרים ונשנים שלה לבין התכונות המכאניות המפתיעות שלה, ובראשן היכולת של המערכת לקודד ולאכסן זיכרונות מכאניים. החוקרים אומרים כי חשיבות המחקר איננה רק בפיצוח המערכת עצמה אלא גם בתובנות שהיא מספקת על משפחה רחבה של מערכות פיזיקליות מורכבות בתחום החומר המעובה. המחקר התבצע בהובלת הדוקטורנט דור שוחט וד"ר יואב לחיני מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. את נושא המידול והסימולציות במחקר הוביל ד"ר דניאל הקסנר מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, והוא פורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי PNAS.

החוקרים גילו כיצד רשת הקיפולים והקמטים שנוצרת בעת קימוט של יריעות דקות על ידי מאמץ חיצוני, מביאה לשינוי דרסטי בתכונותיה המכאניות של היריעה. תהליך יצירת הרשת כשלעצמו מאפשר קידוד של המאמצים שהופעלו על הנייר עד אותו הרגע, כמעין "זיכרון" פיזיקלי של המערכת. אך באופן מפתיע, לאחר הקימוט מסוגלת היריעה לאחסן זיכרונות מכאניים נוספים, מבלי ליצור קפלים או קמטים חדשים.

לקרוא את זיכרון החומר

ד"ר לחיני מסביר: "כשאנחנו מאחסנים מידע בדיסק הקשיח של המחשב שלנו, אנחנו ממירים אותו לצופן שמורכב מהספרות אפס ואחת בלבד. פיזית, כל ספרה כזו מקודדת ברכיב מגנטי עם שני מצבים יציבים שנקרא "ביט", כשכיוון השדה המגנטי שלו (למעלה או למטה) מקודד את ערך הספרה (אפס או אחת). מעבר בין שני המצבים, לטובת קידוד או קריאה של הזיכרון, מתאפשר על ידי תופעת שנקראת לולאת חשל, או היסטרזיס. מה שזיהינו ביריעות המקומטות הוא תופעה דומה, אבל בעלת אופי מכאני. מסתבר שכאשר מקמטים את היריעה נוצר בה מערך סבוך של קימוטים,  כאשר כל אחד מהם מתפקד כלולאת חשל קטנה עם שני מצבים יציבים – מעין ״ביט״ מכאני. שני המצבים נבדלים בגיאומטריה שלהם, כאשר הקמט יכול לבלוט פנימה או החוצה מהיריעה. לרכיב אחד כזה אנו קוראים היסטרון, והוא המרכיב הבסיסי של תגובת הזיכרון של החומר כולו. אוסף ההיסטרונים שממנו בנויה היריעה כולה יכול לקודד ולשמור זיכרונות מגוונים של אירועים מכאניים שונים שחוותה היריעה. כך, על ידי תכנון מניפולציות מכאניות שונות, אפשר לשמור ולקרוא זיכרון מתוך המערכת.”

הדוקטורנט דור שוחט מוסיף כי "האינטראקציה שקיימת בין ההיסטרונים הללו ממלאת תפקיד חשוב בתכונות המכניות הכלליות של היריעה. כל אחד מהם וכולם יחד 'מקודדים' את התהליכים שהנייר עובר, כך שעקרונית, באמצעות מיפוי וניתוח הקימוטים ביריעה ניתן לשחזר את הפעולות שהתבצעו עליו בדיעבד ו'לקרוא' את הזיכרון. עוד מסתבר שבגלל האינטרקציות החזקות, נוצר מצב שנקרא בעגה המקצועית ״תסכול גיאומטרי״. במצב זה, בגלל המבנה הלא סדור של הקימוטים, ההיסטרונים מפריעים אחד לשני והיריעה המקומטת מתקשה להגיע למצב אנרגטי נמוך, מה שמשכלל עוד יותר את התגובה המכאנית שלה.  בכך יש דמיון למערכת מגנטית מרתקת שנקראת זכוכית ספין (spin-glass), ולמערכות לא מסודרות אחרות".

זו לא הכמות, זה הקימוט

בשנים האחרונות התרחב עד מאוד חקר המערכות הפיזיקליות המורכבות (Complex Systems), אשר דורשות שימוש במודלים תאורטיים יצירתיים וחדשניים שלוקחים בחשבון מספר גדול של דרגות חופש הכרוכות זו בזו – ולא תמיד ניתן לתאר את הדינמיקה ביניהם באמצעות פתרון אנליטי המבוסס על תכונות דרגת החופש הבודדת. השלם, במקרה זה, עולה על סך חלקיו.  

ברוח זו, הדוקטורנט דור שוחט מוסיף: "כיוון שאין פתרון פשוט למערכות מורכבות שכאלה, כדי להבין אותן לעומק יש להבין את הקשר בין התנהגות דרגת חופש בודדת לבין התנהגות המערכת כולה. המחקר על יריעות מקומטות מאפשר ליצור חיבורים כאלה, בזכות המימדים האופייניים הגדולים שלהן. די להחזיק נייר מקומט ביד ולצפות במכאניקה שלו, בכדי לקבל אינטואיציה פיזיקלית. דוגמא פשוטה היא זיכרון הצורה שיש ליריעה המקומטת – אם נכופף אותה מסביב לחפץ מסוים היא תקבל את צורתו מבלי שיווצרו קמטים חדשים – הודות להיסטרונים שמרכיבים אותה שמעניקים לה יכולת לקבל מספר גדול של צורות יציבות". החוקרים מסכמים כי המסקנות החדשות חורגות ממערכת הניסוי הספציפית, והן שופכות אור על היווצרות זיכרון פיזיקלי במערכות מורכבות נוספות, בהן הגישה לדרגות החופש הבודדות קשה יותר.

המחקר הובל על ידי הדוקטורנטית נטע מימון מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית הספר למוסיקה ע"ש בוכמן-מהטה, וליאור מולכו מחברת נוירוסטיר שבראשותו של פרופ' נתן אינטרטור מבית הספר למדעי המחשב ע"ש בלווטניק ומבית ספר סגול למדעי המוח. עוד השתתפו: עדי ששון, שרית רבינוביץ ונועה רגב-פלוטניק מהמרכז הרפואי לשיקום וגריאטריה דורות בנתניה. המאמר פורסם בכתב העת Frontiers in Aging Neuroscience.

במסגרת המחקר, פיתח הצוות שיטה פורצת דרך, שמשלבת בין מכשיר נייד למדידה ולניתוח חדשני של הפעילות החשמלית במוח (EEG), פרי פיתוח של חברת נוירוסטיר, לבין מבחן מוסיקלי קצר של  כ-15-12 דקות, שפותח על ידי נטע מימון.

נטע, בעלת תואר ראשון בביצוע צ'לו באקדמיה למוסיקה ולמחול בירושלים ובוגרת תואר שני במוזיקולוגיה ובפסיכולוגיה קוגנטיבית, בחרה לחקור קוגניציה מוזיקלית, תחום שמשלב את שתי האהבות שלה – מוסיקה ומדע. פרופ׳ נתן אינטרטור הגיע למחקר מתוך אהבה מאוד גדולה למוזיקה והבנה שעל ידי מוזיקה אפשר גם להפעיל את המוח וגם למדוד את הפעילות המוחית, וזאת תוך כדי הנאה ומצב רוח מרומם. "יחד חשבנו איך נוכל להגיע למבחן מתוקף מוזיקלי וגם לתקף את המדדים המוחיים מהמכשיר. זאת היתה דרך ארוכה מאוד ומתאתגרת, תהליך שכלל הרבה מאוד ניסויים", מסבירה נטע.

^{התחברה באופן אישי לניסוי. נטע מימון והצ'לו, באירוע אתנחתא שהתקיים באוניברסיטת תל אביב}

"מוסיקה משפרת את מצב הרוח ומביאה אותנו למצב שהוא אופטימלי לביצוע מבחני אינטליגנציה ויצירתיות"

הניסוי שעשה מצב רוח טוב למשתתפים

במהלך הבדיקה, הנבדק מתחבר למכשיר ה-EEG הנייד באמצעות מדבקה עם שלוש אלקטרודות בלבד שמוצמדת למצחו. אז עליו לבצע סדרה של משימות מוסיקליות-קוגניטיביות על פי הנחיות המושמעות לו באופן אוטומטי באוזניות. המשימות כוללות מנגינות קצרות שמנוגנות על ידי כלים שונים, והנבדק מתבקש לבצע משימות ברמות קושי שונות שקשורות למנגינות. למשל, ללחוץ על כפתור בכל פעם שמושמעת מנגינה, או ללחוץ רק כאשר הכינור מנגן. בנוסף, המבחן כולל גם כמה דקות של מדיטציה מונחית מוזיקה, שנועדה להעביר את המוח למצב של resting state, שידוע ככזה שיכול להצביע על תפקוד מוחי במצבים שונים.

"מוסיקה קודם כל ידועה כמעוררת מהירה של מצבי רוח ככלל, ומעלה רגש חיובי בפרט. מנגד, במצבים שונים, מוזיקה יכולה לאתגר שכלית ולהפעיל את האזורים הקדמיים של המוח, במיוחד אם אנחנו מנסים להתרכז בדברים שונים במוסיקה ולבצע תוך כדי משימה מסיומת", מסבירה נטע.

לדבריה, אם לוקחים את שתי היכולות הללו יחד, ניתן בעצם ליצור מבחנים קוגניטיביים לא פשוטים, אבל כאלה שיהיו גם נעימים ונוחים לביצוע. יתרה מכך, מוסיקה שהיא חיובית וקצבית במידה, תעלה את הריכוז והביצוע של המשימה עצמה. כך למשל "אפקט מוצרט" המפורסם, שמראה ביצועים טובים יותר במבחני אינטליגנציה לאחר האזנה למוסיקה של מוצרט - לא שייך למוסיקה של מוצרט בכלל, אלא לכך שמוסיקה משפרת את מצב הרוח ומביאה אותנו למצב שהוא אופטימלי לביצוע מבחני אינטליגנציה ויצירתיות. לכן, החוקרים העריכו שבעזרת כלים מוסיקליים אפשר יהיה גם לאתגר את הנבדקות והנבדקים במידה שניתן יהיה לבדוק את הפעילות הקדמית של מוחם, וגם להעלות את מצב רוחם כך שיבצעו את הבדיקה באופן טוב יותר ושיהיה להם נעים ונחמד תוך כדי.

"בחרתי בקטעים מוזיקליים שמנוגנים על ידי כלי אחד בודד כל פעם. רציתי לבחור בקטעים שנשמעים טוב ומנוגנות היטב ולכן בחרתי בקטעים מתוך יצירות קלאסיות. הבחירה במוזיקה קלאסית לא הייתה בגלל הסגנון, אלא מפני שבמוזיקה קלאסית קיימים קטעים כאלה לכלי סולו (לבד), בעוד שבז׳נרים של מוזיקה קלה לא נמצא בדרך כלל נגינה של כלי בודד (לדוגמא כינור, חליל, פסנתר ועוד). גם לא רצינו גורמים מתערבים כמו מילים או הכרות עם הקטעים, לכן בחרתי קטעים שהם טיפה פחות מוכרים לשומע הממוצע", היא אומרת.

^{אחד ממשתתפי הניסוי ומכשיר ה-EEG הנייד}

"השיטה שלנו עשויה לסלול את הדרך לניטור קוגניטיבי יעיל של כלל האוכלוסייה, ומכאן לאיתור ירידה קוגניטיבית בשלביה המוקדמים. בכך היא צפויה לשפר לאין ערוך את איכות חייהם של מיליונים רבים בכל העולם"

לזהות ירידה קוגניטיבת לפני שהיא מתחילה

המחקר כלל ניסוי במרכז הרפואי לשיקום וגריאטריה 'דורות' בנתניה. כל מי שמתאשפז ב'דורות', או בכל מוסד אחר לשיקום גריאטרי, עובר מבחן סטנדרטי הקרוי 'מיני-מנטל' להערכת מצבו הקוגניטיבי, כחלק שגרתי מתהליך הקבלה. המבחן נערך על ידי מרפאה בעיסוק שהוכשרה לכך במיוחד, וכולל מגוון משימות כמו לדוגמה, למנות לאחור את ימות השבוע/חודשי השנה. במבחן זה ניתן לצבור עד 30 נקודות, כשציון גבוה מורה על קוגניציה תקינה.

הניסוי של המחקר נערך בקרב 50 מבוגרים המאושפזים במקום, שקיבלו במבדקי המיני-מנטל ציונים של 30-18, המעידים על רמות מגוונות של תפקוד קוגניטיבי. המשתתפים ביצעו את המשימות המוסיקליות-קוגניטיביות שניתנו בצורה אוטומטית, מכשיר ה-EEG רשם את הפעילות החשמלית במוחם במהלך הפעילות והתוצאות נותחו בטכנולוגיות של למידת מכונה. כך זוהו מדדים מתמטיים המצויים במתאם מדויק עם ציוני מבדק המיני-מנטל, או במילים אחרות: החוקרים קיבלו נוירו-מרקרים (סמנים מוחיים) חדשים, שיכולים לעמוד בפני עצמם כמדדים למצבו הקוגניטיבי של הנבדק.

"התוצאות היו מאוד טובות. ראינו מתאם בין המדדים המוחיים שאותם חישבנו על כל הניסויים הקודמים בנבדקים הבריאים, לבין ההידרדרות הקוגניטיבית של הנבדקים המבוגרים. המדד עלה ככל שציון ה'מיני-מנטל' שלהם גבוה יותר. למעשה, הצלחנו להראות שהמוסיקה היא אכן כלי יעיל למדידת הפעילות המוחית. חשוב מכך, כל מי שעברו את הניסוי דיווחו שהוא מצד אחד מאתגר את המוח, אבל נעים ונחמד מאוד לביצוע", אומרת נטע ומוסיפה בחיוך "זה מאוד לא טריוויאלי שבמבחן של 12 דקות יכולנו לזהות פעילות מוחית שיכולה להצביע על הדרדרות קוגניטיבית אפילו קטנה מאוד (הרבה לפני אבחנה של מחלה כמו אלצהיימר או דמנציה). אבל מה שהכי הפתיע אותי זה שהנבדקים בניסוי נהנו ממנו. בניגוד לניסויים רגילים מול מחשב שהם מתישים ומעייפים (אפילו לסטודנטים צעירים ובריאים!), בניסוי הזה התחושה שהם יצאו ממנה היא חיובית ונחמדה. אמנם חלק מהמשימות לא היו פשוטות, אך הם ביצעו אותן בהנאה רבה".

"השיטה שלנו מאפשרת ניטור של יכולות קוגניטיביות ואיתור ירידה קוגניטיבית כבר בשלביה המוקדמים, וכל זאת באמצעים פשוטים ונגישים, עם בדיקה מהירה וקלה לביצוע שניתנת ליישום בכל מרפאה", אומרים החוקרים ומסכמים "לשיטה זו יש חשיבות מיוחדת כיום, בעקבות העלייה בתוחלת החיים וקצב הגידול המואץ של האוכלוסייה בכלל והאוכלוסייה המבוגרת בפרט. כבר היום חיים בעולם מאות מיליוני בני אדם שסובלים, או עלולים לסבול בקרוב, מהתדרדרות קוגניטיבית ומהשלכותיה הקשות, ומספרם רק ילך ויגדל בעשורם הבאים. השיטה שלנו עשויה לסלול את הדרך לניטור קוגניטיבי יעיל של כלל האוכלוסייה, ומכאן לאיתור ירידה קוגניטיבית בשלביה המוקדמים, כאשר ניתן לטפל ולמנוע התדרדרות חמורה. בכך היא צפויה לשפר לאין ערוך את איכות חייהם של מיליונים רבים בכל העולם".