מחקר שהובל על ידי ד"ר הגר גלברד-שגיב מבית הספר לרפואה ומבית הספר לחקר המוח באוניברסיטת תל אביב, ובו נעזרו החוקרים באלקטרודות מושתלות במוחותיהם של חולי אפילפסיה, פתר את החידה, כך ציינו החוקרים בדיווחם ל-Nature Communications: כיצד נוצרת במוח חוויה חדשה?

ראש צוות המחקר, ד"ר גלברד-שגיב, הסבירה: "כשאנחנו טועמים שוקולד או שומעים מוזיקה, או רואים פרח, מתרחש במוחנו תהליך פיזיולוגי של עיבוד מידע. מעבר לכך, נוצרת חוויה איכותנית וסובייקטיבית כמו חוויית טעם השוקולד או צלילי שיר אהוב. השאלה שאותה ניסינו לפתור היתה: איך והיכן נוצר הקשר בין העולם החיצוני הנקלט בחושים, לבין העולם הפנימי של החוויה והתודעה? הנושא הזה מעסיק בני אדם כבר כמה אלפי שנים. כל דור התמודד עם הסוגיה הזאת בכלים שעמדו אז לרשותו. אנחנו חיפשנו נקודת מבט חדשה באמצעות טכנולוגיות מתקדמות של חקר המוח".

לצורך המחקר שבו נבדקה השאלה מה מתרחש בתוככי המוח האנושי ברגע יצירת החוויה, נעזר הצוות בסיטואציה רפואית ייחודית: השתלת אלקטרודות במוחם של חולי אפילפסיה. המטרה היתה לזהות את המוקד המדויק של ההתקפים האפילפטיים ולנטרל אותו בניתוח.

ד"ר גלברד-שגיב: "מדובר היה בהזדמנות ייחודית לחקר המוח. בדרך כלל נעזרים בחיות מעבדה, שאינן מסוגלות לדווח לנו על החוויות שלהן, או כשמודדים פעילות מוחית אצל אדם באמצעים חיצוניים ועקיפים (EEG, fMRI וכדומה). הפעם, כשהאלקטרודות הושתלו במוח אנושי למטרות רפואיות, נוצרה גם ההזדמנות המחקרית הנדירה למדוד ולהקליט את הפעילות החשמלית המוחית, באופן ישיר וברזולוציה חסרת תקדים של תא העצב הבודד, ובמקביל, לקבל  מהאדם המושתל דיווח על חוויותיו הסובייקטיביות".

ד"ר ליעד מודריק מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית הספר לחקר המוח באוניברסיטת תל אביב, שלקחה חלק במחקר, הוסיפה: "לכל נבדק הוצגו שתי תמונות בו-זמנית – תמונה שונה לכל עין. למשל, תמונה של בית לעין ימין, ובמקביל תמונת פרצוף לעין שמאל. במצב כזה, המכונה 'יריבות דו-עינית', המוח איננו מצליח לשלב בין שתי התמונות. הנבדק רואה אותן לסירוגין, מבלי שתהיה לו שליטה על תהליך ההחלפה בין התמונות. המציאות החיצונית איננה משתנה – לכל עין מוצגת תמונה קבועה. השינוי היחיד מתרחש בתוך המוח עצמו. בדרך זו הצלחנו לבודד את הרגע המכריע שבו פורצת חוויה חדשה למודעות".

הדגמה של הניסוי. בזמן יריבות דו-עינית (binocular rivalry) הוצגה תמונה שונה לכל עין של הנבדק, במקרה הזה פרצוף לעין שמאל ונחש לעין ימין. הגירוי החיצוני קבוע אך התמונה שהנבדק רואה מתחלפת, לפעמים הוא רואה רק פרצוף, ולפעמים רק בית, ובמעברים - ערבוב שלהם. הנבדק מדווח מה הוא רואה ע״י לחיצה ושחרור של שני כפתורים (מסומן בעיגולים כחולים ואדומים). בניסוי הבקרה (replay) הוצג לנבדקים ״סרט חוזר״ של מה שראו, אך הפעם לשתי העיניים ביחד על גבי המסך, ושוב הנבדק דיווח מה ראה. תאי העצב שהקלטנו התחילו לפעול שניה או שתיים לפני תחילת החילוף בתנאי של היריבות הדו עינית, אך מאוחר הרבה יותר בזמן ה״סרט החוזר"

במחקר נמצא שינוי בתאי עצב שבאונה הקדמית האמצעית במוח המתחיל שתי שניות לפני שהנבדק מדווח על התחלפות התמונה שהוא רואה. בהמשך, שנייה אחת לפני הדיווח, נרשמת פעילות חשמלית גם באונה הרקתית האמצעית, באזורים הקשורים לפעילות ויזואלית. אלה הם פרקי זמן ארוכים מאוד במונחים של פעילות מוחית הנמדדת באלפיות השנייה. על סמך הממצאים, מעריכים החוקרים שתאי העצב שנמדדו הם חלק מהרשת העצבית היוצרת את החילופים הספונטניים בחוויית הראייה המודעת.

הפעילות באונה הקדמית אמצעית בזמן יריבות דו עינית (בסגול) לעומת ה״סרט החוזר״ (בתכלת). זמן אפס הוא הזמן שבו הנבדק דיווח שהתמונה מתחילה להתחלף. ניתן לראות כי בזמן היריבות הדו עינית הפעילות באזורים אלו מתחילה כ-2 שניות לפני הדיווח, בעוד בזמן ה״סרט החוזר״ הפעילות מתחילה רק סמוך לדיווח

"המחקר החדש, הדגישה ד"ר מודריק, "מקרב אותנו צעד נוסף לעבר הבנת התודעה והחוויה המודעת, ברמה הברורה והממשית ביותר – רמת הפעילות החשמלית בתא העצב הבודד".

פרופ׳ יצחק פריד, מהמחלקה לנוירוכירורגיה באוניברסיטת UCLA ומבית הספר לרפואה באוניברסיטת תל אביב, ציין עוד: "אפשר לומר שזה 'ניסוי הזהב' של מחקר התודעה. כאן הצלחנו לבצע אותו בבני אדם ברמת תא העצב הבודד".

במחקר לקח חלק גם פרופ׳ כריסטוף קוך מהמכון לחקר המוח מהמחלקה לנוירוכירורגיה באוניברסיטת UCLA. המחקר התבצע במרכז הרפואי של ה-UCLA, במרכז הרפואי תל אביב-איכילוב, באוניברסיטת תל אביב ובמכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech).