מגזין

מהפכת התהודה המגנטית

מה צופן העתיד ולאילו מחוזות בלתי צפויים תגיע השפעתה של התהודה המגנטית? "דוקטורס אונלי" מביא חלקים נבחרים מפרק בנושא מתוך ספרו של עופר בן חורין, "MRI המדריך המלא - רפואה ופיזיקה נפגשות"

בספרו "המדריך לעתיד" מתאר ד"ר רועי צזנה, חוקר ביחידה לחיזוי טכנולוגי וחברתי באוניברסיטת תל אביב, את המהפכות הטכנולוגיות שעתידות לשנות את חיינו. מסיבת ההשקה לספר כללה הטמנה של קפסולת זמן ובה פתקי תחזיות לעתיד של אנשים שהשתתפו במסיבה, אשר תיפתח בעוד 20 שנה בדיוק. למסיבה אמנם לא יכולתי להגיע, בשל הולדת בתי השלישית, אך ביקשתי מרועי להטמין פתק תחזית בתוך אותה קפסולת זמן ובו כתוב:

  1. תושג יכולת לייצר שדה מגנטי חיצוני חזק מאוד בטמפרטורת החדר בעזרת מתקנים קטנים.
  2. יכולת זו תאפשר לבצע סריקות כל-גופיות איכותיות מאוד בתוך דקות אחדות ולאבחן פתולוגיות בכל איבר ובכל רקמה בגוף באמצעות מכשיר ביתי קטן המבוסס על עקרון התהודה המגנטית.
  3. נתוני סריקות אלה יועברו, על בסיס יומי, דרך רשת נתונים אל מחשב מרכזי שיאתר פתולוגיות בתחילת דרכן ויתריע על כך לרופא המתאים לשם תכנון טיפול באופן מיידי.

לדעתי, בטווח של עשרים השנים הבאות ואף קודם נוכל להגשים את שנכתב בתחזית. תהליך זה יוביל למהפכה אבחונית שתסייע למניעת בעיות רפואיות ולטיפול בהן בעודן באִיבן, מהפכה שתאריך את תוחלת החיים ותשפר את איכותם.

כריכת הספר מאת עופר בן חורין

הדרך למימוש החזון מורכבת מכמה שלבים. אחד מהם הוא, למשל, הקטנה משמעותית של סורקי ה-MRI והפיכתם לניידים ומהירי פעולה. כך, לפני שסורקי MRI קטנים יאכלסו את בתינו, הם ימוקמו בכל מרפאה ובכל מחלקה בבית חולים, בדומה אולי לפריסת מכשירי האולטרסאונד כיום.

הסורקים העתידיים יוכלו להיות מותאמים לבדיקות ספציפיות בהתאם למיקומם; למשל, במחלקה הנוירולוגית יהיה MRI שמיועד לבדיקות מוח ומסלולי העצבים בלבד, במחלקה האורתופדית – MRI המיועד לבדיקת עמוד השדרה והמפרקים בלבד וכן הלאה. כמו כן, כל חדר ניתוח יהיה מצויד בסורק MRI תוך-ניתוחי, שיקל מאוד על עבודת הרופאים הכירורגים ויסייע להם לבצע פרוצדורות פולשניות וניתוחיות ביתר קלות.

כאמור, מדובר בתהליך. כבר כיום כמעט לכל בית חולים בארץ יש סורק MRI משלו. במרכז הרפואי הדסה עין כרם יש גם סורק MRI תוך-ניתוחי של חברת מדטרוניק (Medtronic) המשמש לניתוחים נוירוכירורגיים, סוג שנמצא גם במרכזים רבים אחרים בעולם.

המחקר והפיתוח בתחום ה-MRI בפרט והתהודה המגנטית בכלל מתקדמים ומתפתחים כל הזמן: פיזיקאים מנסים לשפר את הטכנולוגיה, להתגבר על חסרונותיה ולהנגיש אותה יותר, בעוד שצוותי מדענים ורופאים מרחיבים כל הזמן את הדרכים שבהן התהודה המגנטית יכולה לתרום לאבחון ולמחקר. המחקר נערך כמובן לא רק על ה-MRI הרפואי, אלא גם על יישומים אחרים המבוססים על תופעת התהודה המגנטית, כמו NMR ו-fMRI.

להלן נציג פרויקטים מרכזיים נוספים, שחלקם כבר מיושמים ושמשפרים באופן משמעותי את סורק ה-MRI, מתוך פרויקטים רבים אחרים הקיימים בתחום.

לעשות את סורק ה-MRI שקט יותר – רצף ה-Silenz

הפרויקט הראשון הוא פרויקט של חברת ג'נרל אלקטריק (General Electric), שמטרתו להפחית את הרעש של סורק ה-MRI בזמן פעולתו. הרעש, שיכול להגיע לעוצמת קול של מעל 110 דציבלים, עלול להוות מטרד לא פשוט עבור הנבדקים. מנסים להתגבר עליו באמצעות אטמי אוזניים או אוזניות המשמיעות מוזיקה, אך הרעש עדיין מקשה על הנבדק ועל היכולת של אנשי הצוות לתקשר איתו.

מטרת פרויקט ה-INUMACי(Imaging of Neuro disease Using high field MR And Contrastophores), היא לפתח סורק בעל שדה מגנטי חיצוני בעוצמה של 11.75 טסלה, פי 235 אלף מהשדה המגנטי של כדור הארץ. שדה מגנטי כזה מסוגל להרים בקלות טנק במשקל של 60 טונות

מדעני ג'נרל אלקטריק פיתחו רצף חדשני המכונה Silenz
(Silenz sequence). רצף זה, שנתמך מבחינת חומרה בגרדיאנטים מתאימים ומערכת RF חדשנית, מצליח להפחית באופן משמעותי את הרעש בבדיקת ה-MRI, עד כי הנבדק יכול ממש לנהל שיחה רגילה עם מבצע הבדיקה. העבודה עם רצף זה כבר מיושמת בסורקים מסוימים, ובעתיד, כל סורק יוכל להיעזר בו, וכך תיהפך סריקת ה-MRI לשקטה הרבה יותר מאשר כיום.

לעשות את סורק ה-MRI חזק יותר – פרויקט ה-INUMAC האירופי

גרמניה וצרפת היו יריבות מרות בשתי מלחמות העולם האחרונות, ובכל זאת פרויקט חדש שהמדענים שלהן עובדים עליו, בשיתוף חברת סימנס, ובעלות של כ-270 מיליון דולר, יקפיץ כנראה את יכולות סורקי ה-MRI הקיימים כיום כמה מדרגות מעלה.

פרויקט ה-INUMACי(Imaging of Neuro disease Using high-field MR And Contrastophores), מטרתו לפתח סורק בעל שדה מגנטי חיצוני בעוצמה של 11.75 טסלה, פי 235 אלף מהשדה המגנטי של כדור הארץ. שדה מגנטי כזה מסוגל להרים בקלות טנק במשקל של 60 טונות.

לשם השוואה, רוב סורקי ה-MRI למטרות אבחון, שנמצאים כיום בבתי החולים, הם סורקים בעוצמה של 1.5 ו-3 טסלה. סורקי MRI מחקריים הם חזקים יותר, והחזקים ביותר, נכון לכתיבת שורות אלה, מגיעים ל-9.4 טסלה.

מעבר לעוצמתו הגדולה, ה-INUMAC צפוי להיות סורק ה-MRI הגדול ביותר שיוצר עד היום. קוטר המנהרה שלו הוא 90 סנטימטר, נתון שישפר באופן משמעותי את נוחות הנבדקים. מבחינת ביצועים, סורק ה- INUMAC יכול לספק תמונות בהפרדה חסרת תקדים. כך, מעבר לשיפור היכולות המחקריות במגוון תחומים, מכשיר זה יוכל לאתר שינויים קטנים מאוד במוח וכך אולי לאבחן מחלות נוירולוגיות ניווניות, כגון מחלת אלצהיימר, טרשת נפוצה ומחלת פרקינסון, מוקדם הרבה יותר מהשלב שבו מאבחנים אותן כיום.

אם נשווה בין סורק זה לבין הסורקים הקיימים כיום, נראה כי כיום סורק MRI ממוצע מסוגל להפיק תמונה ברזולוציה של מילימטר אחד (כ-10,000 נוירונים במוח) ולעקוב אחרי אירועים במרווח זמן של כשנייה. סורק ה-INUMAC, לעומת זאת, יהיה מסוגל להגיע לרזולוציה של 0.1 מילימטר (כ-1,000 נוירונים) ולעקוב אחר אירועים במרווח זמן של עשירית השנייה.

הבטחה נוספת שסורק ה-INUMAC טומן בחובו בזכות המגנט העוצמתי שבו, הוא דימות לא רק של פרוטוני המימן אלא גם של חומרים אחרים כמו נתרן, אשלגן, סידן ויסודות אחרים בגופנו. דימות כזה לא היה אפשרי עד היום בשל כמותם הקטנה של יסודות אלה בגוף ביחס לאטומי מימן ובגלל רגישותם הנמוכה לאפקט התהודה המגנטית (מקדם גירו-מגנטי נמוך). דימות כזה יאפשר אבחון מוקדם יותר מזה שקיים היום, של פגיעות בסחוס, אוסטיאופורוזיס‏ (דלדול עצם) ועוד.

MRI דיגיטלי

הנתונים שה-MRI מפיק הם אנלוגיים, כלומר רציפים. בשלב מסוים, לאחר שהנתונים כבר הגיעו אל המחשב, הם עוברים דרך ממיר אנלוגי-דיגיטלי (Analog to Digital Converter, ADC) ומומרים לדיגיטליים.

בשנת 2010 השיקה חברת פיליפס (Philips) סורק MRI שהמרת הנתונים האנלוגיים בו לנתונים דיגיטליים מתרחשת עוד בשלב הסלילים, פיתוח שמאיץ את מהירות הבדיקה ומשפר את איכות הדימות. טכנולוגיה זו נקראת SmartPath to dStream והיא משולבת כבר בסורקי ה-Ingenia MRI של חברת פיליפס, הנמצאים גם בארץ.

בסורקים אלה, הממיר האנלוגי-דיגיטלי נמצא בתוך הסלילים הקולטים וכך נחסכת הדרך הארוכה שהמידע האנלוגי צריך לעבור אל מחשב בניית התמונה. התוצאה היא סריקות מהירות יותר ותמונה באיכות גבוהה יותר בזכות יחס סיגנל-רעש טוב יותר.

בדיקות חדשות בתחום ה-MRI

תחום הבדיקות הנפוצות והמיוחדות שאפשר לבצע כיום בעזרת סורק ה-MRI אינו קופא על שמריו, וכל הזמן נוספות בדיקות חדשות שסורק ה-MRI יכול לבצע, בעזרת סלילים מיוחדים ואביזרים מתאימים. כמו כן, המחקר בבדיקות קיימות, כמו בדיקת שד, בדיקה כל-גופית (whole body MRI; נקראת גם total MRI וגם full body MRI), בדיקת ערמונית (MRP) ועוד, נמשך כל הזמן.

נבחן עתה את ה-MRI Colonography, בדיקה שבה מדגימים את המעי הגס בעזרת MRI: כיום, בדיקות הסקר לאיתור סרטן המעי הגס, סוג הסרטן השלישי בשכיחותו והשני בין גורמי המוות הסרטניים בעולם המערבי, נערכות בעזרת בדיקת דם סמוי בצואה, שאינה תמיד מדויקת, בדיקת קולונוסקופיה, שהיא בדיקה לא פשוטה ורבים נרתעים ממנה, או בדיקת קולונוסקופיה וירטואלית, שאותה מבצעים בעזרת CT ולכן כרוכה בחשיפה לקרינה רבה.

בדיקת MRI למעי הגס, אם מחירה יוזל בעתיד, יכולה להיות בעתיד פתרון טוב לבדיקת סקר נוספת, שבניגוד ל-CT, משוללת סיכון קרינתי. זה שנים אחדות שבדיקה זו כבר מתבצעת (למשל לחולי מחלות דלקתיות של המעי הנזקקים למעקב) והחוקרים מנסים לשכלל אותה כל הזמן כדי שאכן תהווה תחליף טוב, נטול קרינה, לבדיקת הקולונוסקופיה הווירטואלית.

צוות חוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים ומהמרכז הרפואי סוראסקי הצליח לפתח אלגוריתם עיבוד תמונה חדשני, המבצע כימות נפחי של הגידול לאורך זמן. מערכת זו, שכבר משולבת באופן יישומי בתוך סורק MRI במרכז הרפואי בתל אביב, מאפשרת לזהות שינוי נפחי בגידול לאורך זמן, לאתר גידולים שמגיבים טוב יותר לכימותרפיה ואף לזהות את מרכיביו הפנימיים של הגידול

בהקשר זה אפשר להזכיר גם את בדיקת ה-MRM, בדיקת MRI של השד, שנחשבת לבדיקה הטובה ביותר לזיהוי פתולוגיות בשד. מאחר שמחירה גבוה מאוד, מספר סורקי ה-MRI בארץ מוגבל וזמן הבדיקה ארוך יחסית, היא אינה בגדר בדיקת סקר, ובמקומה נערכת ממוגרפיה של השד, בדיקה הכרוכה בחשיפה לקרינה ורגישה הרבה פחות. שיפור במהירות סריקת ה-MRM, כמו גם בחומרה ובתוכנה של סורקי ה-MRI העתידיים, יכולה להוזיל בעתיד את מחירה ואת נגישותה, וכך לאפשר את הפיכתה לבדיקת סקר רגישה ונטולת קרינה לגילוי מוקדם של סרטן השד, המחלה הממארת השכיחה ביותר בקרב נשים בעולם המערבי.

סריקת MRI כל-גופית לאיתור גרורות בעזרת חומר ניגוד חדש

מחקר חדש נוסף, שראוי לציון, נערך באוניברסיטת סטנפורד בארצות הברית, ובו בודקים אפשרות של החלפת סורק ה-PET-CT ב-MRI למטרת איתור גרורות בגוף לאחר גילוי ראשוני של סרטן אצל ילדים.

סריקת ה-PET-CT היא סריקה לזיהוי גידולים סרטניים בכל הגוף. הבדיקה כרוכה בחשיפה לקרינה רבה, בכמות המקבילה לזו שב-700 צילומי רנטגן. כאשר מדובר בילדים, בשל גילם הצעיר, קרינה בכמות כזו עלולה לגרום למחלות סרטן משניות מאוחר יותר בחייהם. דימות בעזרת תהודה מגנטית יכולה להיות דרך מצוינת לחסוך אותה הקרינה, אך כיום בדיקה כזו אורכת זמן רב, ובמשך הזמן הזה הגדוליניום, חומר הניגוד שבו משתמשים ב-MRI, יוצא מרקמות הגוף ויעילות הבדיקה נפגעת.

לאחרונה פיתחו חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד חומר ניגוד חדש, המבוסס על ננו-חלקיקים של ברזל. חומר זה ניתן לחולים באנמיה לשם שיפור מאזן הברזל בגופם, והתברר שכאשר מזריקים אותו לגוף, כלי הדם ב-MRI נראים ברורים יותר. כך חומר הניגוד החדש מצליח לשפר את דימות המבנים האנטומיים של הגוף וגם גורם למח העצם, קשרי הלימפה, הכבד והטחול להיראות שחורים, מאפיין שמבליט עוד יותר גידולים הנמצאים בהם. שימוש בחומר ניגוד זה בעת סריקת MRI כל-גופית, אפשר לחוקרים לזהות כמעט את אותו מספר גידולים שמזהה בדיקת ה-PET-CT וכך ליצור תחליף דימות יעיל ופחות מסוכן, בעיקר כאשר מדובר בילדים.

אלגוריתם להערכת נפח של גידול בסריקות MRI

טכניקות לשיפור הדימות בסריקת ה-MRI מפותחות גם מהכיוון של התוכנה שבה משתמשים לצורכי הצגה וניתוח של התוצאות. דוגמה לטכניקה כזו, המתמקדת באלגוריתם של יצירת התמונה, היא טכניקה שפותחה בישראל והמשמשת להערכת נפח גידול באופן יעיל יותר.

אחד היישומים של סריקות MRI הוא דימות תלת-ממדי של גידולים לפני הליכים ניתוחיים. לצורך כך נערכות כמה סריקות במרווחי זמן קבועים, כדי להעריך את התפשטות הגידול. אומדן זה לוקה בחסר, משום שאינו מביא בחשבון במידה מהימנה שינויים נפחיים בגידול או שינויים פנימיים בתוכו.

צוות חוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים ומהמרכז הרפואי סוראסקי, בראשותו של ד"ר ליאור ויצמן, הצליח לפתח אלגוריתם עיבוד תמונה חדשני, המבצע כימות נפחי של הגידול לאורך זמן. מערכת זו, שכבר משולבת באופן יישומי בתוך סורק MRI במרכז הרפואי סוראסקי, מאפשרת לזהות שינוי נפחי בגידול לאורך זמן, לאתר גידולים שמגיבים טוב יותר לכימותרפיה ואף לזהות את מרכיביו הפנימיים של הגידול. נתונים אלה עוזרים לרופאים האונקולוגיים לקבל החלטות נכונות יותר לגבי האופרציות הרצויות.

עד כאן סקרנו חלק קטן מאוד ממאות המחקרים הנערכים כיום לפיתוח בדיקות ויישומים חדשים בתחום ה-MRI. בדומה להתרחבותו של ה-MRI בשנים האחרונות, מכלי לבדיקות שגרתיות לכלי אבחון בתחום בדיקות כלי הדם והלב (MR Angiography ו-Cardiovascular MRI), נראה כי בעתיד הטכנולוגיה תתפתח עוד ותשתלב בתחומים רבים נוספים. כל היישומים האלה משולבים עם פתרונות חדשים לביצוע הבדיקות השגרתיות שנערכות כיום, כדי לשפר את נוחותו של הנבדק וכדי לתרום לדימות טוב יותר.

יישומים עתידיים בתחום ה-fMRI – מהפכה של ממש

הפיתוחים הצפויים בתחום ה-fMRI, המבוסס על טכנולוגיית התהודה המגנטית, מסעירים עוד יותר מהשיפורים הצפויים בתחום ה-MRI האבחנתי. ה-fMRI, להזכירכם, הוא סורק MRI בעל תוכנה מיוחדת המאפשרת לו לנטר את יכולת התפקוד של המוח. מכשיר זה כבר גרם למהפכה של ממש בעולם המחקר והפסיכיאטריה, ויש הטוענים כי הוא עתיד להיות אחת מטכנולוגיות המחקר המובילות בעשורים הבאים. כמובן שה-fMRI משמש כיום גם למטרות מחקר רבות אחרות, ולאחרונה גם למטרות רפואיות ספציפיות, כמו ניסיון לאבחן מחלות שונות (פיברומיאלגיה, למשל, שבה בעזרת fMRI ניתן לראות כיצד מופעלים אזורי כאב במוח בתגובה ללחיצה קלה על אצבע החולה).

בניסוי שערכו חוקרים ישראלים, שכב סטודנט במכשיר ה-fMRI וחשב על פעולות שברצונו לעשות. מכשיר ה-fMRI תרגם את מחשבותיו לתבניות מוחיות ושלח אותן אל מחשב שהזרים את המידע אל מעבדת הרובוט בצרפת, וגרם לו לזוז בהתאם למחשבותיו של הסטודנט

נציג רק חלק מהמחקרים האחרונים, המתייחסים יותר לאלמנטים עתידיים, ביניהם מחקרים שהצליחו להשתמש בסורק ה-fMRI כגלאי שקר, כאמצעי לתקשורת עם אנשים שמצבם מוגדר וגטטיבי ("צמח"), כאמצעי לתפעול רובוט, לביצוע נוירופידבק ואף לקריאת מחשבות וחלומות!

הפעלת רובוט באמצעות נבדק בתוך מכשיר fMRI

ה-fMRI מבוסס על עיקרון של זיהוי אזורים במוח המקבלים אספקת דם מוגברת בעת פעולות או מחשבות מסוימות. בניסוי ישראלי שנערך לאחרונה, הצליח אדם בישראל להזיז רובוט שמיקומו בצרפת בעזרת חשיבה בלבד. כיצד קרה הדבר? כאשר האדם חושב על הזזת רגליו, גם אם אינו מניע אותן, דם רב יותר מוזרם אל האזור במוח שאחראי על הזזת הרגליים.

את הרעיון הזה ניצל ד"ר דורון פרידמן, ראש המעבדה לחקר הווירטואליות במרכז הבינתחומי בהרצליה, בשיתוף פרופ' רפאל מלאך מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע. בניסוי שערכו, שכב סטודנט במכשיר ה-fMRI וחשב על פעולות שברצונו לעשות. מכשיר ה-fMRI תרגם את מחשבותיו לתבניות מוחיות ושלח אותן אל מחשב מיוחד. המחשב הזרים את המידע אל מעבדת הרובוט בצרפת, וגרם לו לזוז בהתאם למחשבותיו של הסטודנט.

הפוטנציאל הגלום ברעיון זה עצום ויכול להיות מיושם בתחומים שונים, כמו למשל אדם משותק שירצה להניע את גפיו בעזרת גפיים תותבות או חובבי משחקי מחשב שירצו לשחק בעזרת כוח המחשבה בלבד. לעומת זאת, הקושי ביישומי הרעיון הזה הוא בראש ובראשונה המורכבות של בדיקת fMRI. שנית, מאחר שנדרשת מהאדם שבתוך הסורק יכולת ריכוז גבוהה לשם חשיבה על פעולות ויצירת תבניות מוחיות מתאימות, לא כל אדם מסוגל לעשות זאת. אנשים נבדלים גם ביכולות המוחיות שלהם להפעלה יעילה של אותם האזורים. למרות כל אלה, הניסוי בהחלט פותח פתח ליישומים עתידיים בתחום.

תקשור עם אנשים וגטטיביים בעזרת fMRI

מצב וגטטיבי (vegetative state; או בלשון העם "צמח") הוא הפרעה תודעתית שבה בני אדם עם נזק מוחי חמור נמצאים במצב של מודעות חלקית. לאחר כמה שבועות שבהם החולה נמצא במצב כזה, הוא מוגדר כחולה במצב וגטטיבי מתמשך (Persistent Vegetative State, PVS). מצב זה מסווג, מבחינת חומרתו, בין תרדמת לבין מצב הכרה מינימלי; שלא כתרדמת, החולה עשוי לבצע פעולות של חיוך, בליעה ואנחה, לפקוח את עיניו ואף לגלות מחזור של שינה וערות. אולם, במצב זה ההתנהגויות היחידות שמופיעות נוטות להיות רפלקסיביות (לעומת מצב הכרה מינימלי, שבו החולה מגלה לפעמים סימני מודעות מסוימים).

מחקר שנערך לאחרונה מעיד על כך שמכשיר ה-fMRI יכול לשמש לתקשורת עם אנשים וגטטיביים, אנשים שעד למחקר זה לא הצליחו לתקשר איתם. המחקר נערך על צעיר קנדי בשם סקוט רוטלי (Scott Routley), שנפגע בתאונת דרכים ושכב 12 שנה במצב וגטטיבי ולא היה מסוגל לתקשר עם סביבתו. החוקר הקנדי פרופ' אדריאן אוון (Adrian Owen) הצליח לתקשר איתו באמצעות מכשיר ה-fMRI.

התקשור הצליח בזכות העיקרון של זרימת דם מואצת לאזורים הפעילים של המוח, אותו העיקרון שעזר לסטודנט מהמחקר הקודם להניע את הרובוט. פעילויות קוגניטיביות שונות מזרימות דם לאזורים שונים במוח האדם. לדוגמה, חשיבה על ספורט מפעילה את האזור הפרה-מוטורי של קליפת המוח (premotor cortex), אזור האחראי לתכנון התנועה. לעומת זאת, ניסיון לדמיין הליכה בחדרי בית מוכר מפעיל את האונה הקודקודית (parietal lobe) ואזור המצוי בעומק המוח הקרוי הגירוס הפרה-היפוקמפלי (parahippocampal gyrus). אזורים אלה מעורבים בייצוג ובניווט מרחבי (התמצאות מרחבית).

פרופ' אוון וצוותו הכניסו את סקוט לתוך מכשיר ה-fMRI ושאלו אותו שאלות שהתשובה עליהן היא כן או לא. הם הורו לו כי אם התשובה חיובית, עליו לדמיין שהוא מסייר בחדרי ביתו, ואם התשובה שלילית – לדמיין שהוא משחק טניס. הניסוי הצליח. הרופאים תקשרו עם סקוט בפעם הראשונה זה 12 שנה. זוהי דוגמה מצוינת להתפתחות ה-fMRI לכיוונים שאיש לא שיער שאליהם הוא יתפתח. מיד נציג מחקרים נוספים המדגימים כיווני פיתוח מפתיעים עוד יותר.

fMRI כגלאי שקר

פרופ' דניאל לנגלבן (Daniel Langleben) מאוניברסיטת פנסילבניה בארצות הברית הניח שכאשר אדם משקר, המוח צריך "לעבוד קשה" כיוון שהוא צריך לשחזר את האמת ואז ליצור את השקר. בניסויים שהוא ערך בעזרת fMRI, הוא מצא שהנחה זו נכונה, ונבדקים ששיקרו, אכן הפעילו אזורים ספציפיים במוח (למשל האונה הקדמית, רכס החגורה הקדמי והמערכת הלימבית).

לנגלבן טוען ששיטה זו אמינה אף יותר מבדיקת פוליגרף (בדיקה המתבססת על מדדים פיזיולוגיים כמו לחץ דם, קצב הלב ומוליכות חשמלית של העור), שכן את הפוליגרף ניתן להטעות ואילו בדפוסי פעילות המוח קשה הרבה יותר לשלוט.

המתנגדים לשיטתו טוענים שבמצבי מתח, ה-fMRI עלול לאבחן אדם דובר אמת כשקרן, בשל הפעלת אותם האזורים במוח במצבי לחץ.

fMRI כמכשיר נוירופידבק

תחום אחר שבו ה-fMRI יכול להועיל הוא תחום הנוירופידבק, היזון חוזר, להגברת השליטה במוחנו. כאשר נבדק נמצא בתוך מכשיר ה-fMRI, הוא יכול לראות מולו אילו אזורים במוחו נדלקים בזמן אמת כתוצאה מפעילויות שונות, ביניהן למשל חשיבה על נושא מסוים, היזכרות או חלימה בהקיץ. המידע הזה מאפשר לנבדקים לשלוט טוב יותר ובאופן מודע במה שקורה במוחם, ואז להדליק ולכבות אזורים ספציפיים לאחר תרגול לא ארוך במיוחד.

היכולת הזו להתאמן בהפעלה וכיבוי של אזורים במוח רק באמצעות חשיבה נקראת נוירופידבק בעזרת fMRI (בארץ אפשר למצוא, למשל, את פרופ' רפאל מלאך מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע מבצע ניסויים כאלה). למרות שניסויים אלה נמצאים בשלביהם הראשוניים, ישנן תוצאות חיוביות המצביעות על יכולת של מתאמנים לווסת כאב, לשפר יכולות מוטוריות לאחר שבץ, ללמוד שפות בצורה טובה יותר ועוד.

fMRI כמכונה לקריאת מחשבות

רכישת יכולת לקרוא מחשבות של אדם אחר תוכל לגרום למהפכה של ממש, וכמובן גם לדילמות אתיות הנוגעות לפרטיותו של האדם. אם היינו רוצים לבחור בטכנולוגיה מודרנית אחת שתשמש מכשיר קורא מחשבות בעתיד, ל-fMRI היה סיכוי טוב להיבחר.

תחום המחקר הזה נקרא פענוח עצבי (neural decoding) וישנם מחקרים שכבר עשו בו צעדים משמעותיים. השלב הראשון בהבנת תוכן המחשבות במוח הוא הסקה מתבניות הפעילות המוחית של ה-fMRI על תמונות שהנחקר רואה.

בעתיד הקרוב, ה-fMRI יוכל לסקור מחשבות וחלומות ולהקליט אותם. אז הסורקים יהיו קטנים הרבה יותר ויוכלו להיכנס לכל בית ולהיות בכל מקום ציבורי שבו יידרשו. פסיכיאטרים יוכלו להכיר את עולמם הפנימי של המטופלים ורשויות החוק יוכלו לדעת אם אדם אשם בפשע, ללמוד על כוונותיו ואמונותיו ואף לקרוא את מחשבותיו

תוצאות חלקיות בתחום זה כבר הושגו בכמה מעבדות מחקר בעולם, כמו למשל באוניברסיטת קליפורניה בברקלי. במעבדה של פרופ' ג'ק גלנט (Jack Gallant) ופרופ' תומס נסלריס (Thomas Naselaris), הראו לנחקרים תמונות ואז קודדו את תבניות הפעילות המוחיות של ה-fMRI לשם עיבודן הממוחשב.

המידע שקודד כלל את התגובה המוחית למבנה התמונה וגם למשמעות הסמנטית שלה (משמעות התמונה לאדם). למשל, לתמונה המציגה בית יש מבנה של בית וגם הקשר משמעותי שראיית תמונה של בית מעוררת. כאשר הנבדק מסתכל על תמונה של בית, מוחו מגיב באופן שונה מבעת התבוננות בתמונה של משאית או בתמונה של פנים.

באופן זה בנו החוקרים מעין מילון של תמונות הקשורות לתבניות הפעילות המוחית של fMRI ומתוכו הסיקו, על סמך תבנית הפעילות המוחית של הנחקר, מה התמונה שהוא מסתכל עליה.

אותו תהליך מתנהל גם בהקשר של סרטים. את המחקר הזה הוביל ד"ר שינג'י נישימוטו (Shinji Nishimoto), חוקר בצוותו של גלנט, ובו הקרינו החוקרים לנחקרים סרטים במשך שעות, קודדו את תבניות הפעילות המוחית שיצר ה-fMRI בתגובה לאותם סרטים ויצרו מאגר נתונים. לאחר מכן, הם הקרינו לנחקרים סרט חדש לגמרי ועל סמך הפעילות המוחית שאותו סרט עורר בנבדקים, העריכו החוקרים באופן כללי מה הם תוכני הסרט החדש שבו צפו הנחקרים. צורות תבניות פעילות המוח בזמן הצפייה בסרט הותאמו לתבניות המוח המקודדות מול קטעי הזמן של הסרטים במאגר הנתונים, וכך בעזרת חיבור אותם קטעים, התקבל באופן גס הסרט שבו צפו הנחקרים.

מחקר אחר בתחום זה ניתח תבניות פעילות מוח של fMRI בנחקרים כאשר הם מתבוננים במילים (שהן למעשה סוג של תמונה). הסתכלות על המילה "שמש" תיצור תבנית מוחית אחרת מהסתכלות על המילה "כדורגל".

במחקר זה, שנערך על ידי פרופ' טום מיטשל (Tom Mitchell), פרופ' מרסל ג'אסט (Marcel Just) ומרק פלטוצ'י (Mark Palatucci) מאוניברסיטת קרנגי מלון בפנסילבניה שבארצות הברית, יצרו החוקרים מערכת המבוססת על fMRI שיכולה לנטר את הפעילות המוחית בתגובה לצפייה במילים. באמצעות שליפת הנתונים הללו ממאגר הנתונים, ביצעו החוקרים גם את התהליך ההפוך, לנחש לפי תבנית פעילות מוחית מסוימת של fMRI מה המילה שעליה הנבדק מסתכל.

המרחק מכאן ועד לקריאת מחשבות אינו גדול. כאשר אדם חושב על המילה "שמש", ה-fMRI מציג תבנית של פעילות מוחית הדומה למצב שבו הוא מסתכל על המילה. מובן שעדיין אי אפשר לעקוב אחרי מחשבות ספציפיות מורכבות אלא רק אחרי מחשבות פשוטות יחסית, אך העתיד בהחלט מנבא התקדמות משמעותית נוספת בתחום זה.

fMRI כמזהה תוכני חלומות

היכולת לחלום היא יכולת מרתקת מבחינתם של חוקרים רבים, אולם עד היום לא נמצאה דרך לדעת מהם תוכני החלומות של אדם ישן שנמצא בזמן חלימה. ה-fMRI יוכל בעתיד להתמודד בהצלחה גם עם משימה זו.

במחקר שפורסם בכתב העת Current Biology, מדענים גרמנים
(Stefan P. Koch, Martin Dresler ועוד) ממכון מקס פלאנק לפסיכיאטריה במינכן, בשיתוף בית החולים האוניברסיטאי שריטֶה (Charite) בברלין ומכון מקס פלאנק לקוגניציה אנושית ולמדעי המוח במינכן, הצליחו לנתח את פעילות המוח בזמן חלום. הם זיהו בעזרת fMRI את האזורים הפועלים במוח בתגובה לתוכני חלומות של אנשים המיומנים בחלימת חלומות צלולים.

חלום צלול הוא מצב שבו החולם מסוגל לשמור על מחשבה מודעת גם כשהוא חולם, וכך לעצב את מרחב החלום כרצונו ולזכור אותו לאחר ההתעוררות. חלימת סוג חלום שכזה יכולה להשתפר בעזרת אימון, ואנשים המיומנים בה נקראים אונירונאוטים (oneironaut).

החוקרים ערכו סריקות מוח לקבוצת החולמים הצלולים בזמן ערות ובזמן חלימה. החולמים הצלולים הונחו לדווח על היותם בתוך זמן החלימה בעזרת תנועת עיניים, בקוד שנקבע מראש, ואז לחלום שהם עושים פעולות ספציפיות. כמו כן, מכשיר EEG שאליו הם היו מחוברים, אישר שהם נמצאים במצב חלימה.

תוצאות המחקר הראו שכאשר הנבדקים חולמים על הפעלת איבר מסוים בגופם, למשל ידם הימנית, מופעל האזור במוח שהיה מופעל אם יד ימין הייתה פועלת גם פיזית. מכאן שהפעילות המוחית השולטת בתנועות שבחלום תואמת כמעט לגמרי את הפעילות המוחית השולטת בתנועות הפיזיות בעולם המציאות. מחקר זה מראה שבעזרת ה-fMRI אפשר ללמוד אילו אזורים מופעלים כאשר אדם חולם וכך להסיק גם על תוכן החלום.

אם ייבנה מעין מילון או אינדקס של מושאי חלום מול תבניות פעילות המוח של fMRI, אפשר יהיה להפיק סרטון של ממש מהמידע שיתקבל מסריקת מוחו של אדם חולם. כמובן, יש צורך בשיפור ניכר של הטכנולוגיה לשם השגת רזולוציית זמן ורזולוציה מרחבית גבוהות יותר.

המחקרים בתחום ה-fMRI רבים ויישומים חדשים מופיעים חדשות לבקרים. דוגמאות נוספות הן למשל איתור מוקדם של אוטיזם בעזרת fMRI כבר בגיל שישה חודשים (מחקר של ד"ר אילן דינשטיין, מקבוצתו של פרופ' רפאל מלאך ממכון ויצמן למדע ושל המרכז לחקר האוטיזם באוניברסיטת קליפורניה בסן-דייגו), יכולת לזהות על איזו אות הנבדק חושב בעזרת תבנית של פעילות מוחית המוצגת בעזרת fMRIי(Yukiyasu Kamitani ממעבדות ATR לחישוביות עצבית בקיוטו, יפן) ועוד.

כל המחקרים שהוזכרו לעיל דורשים עשרות שעות של סקירות מוח כדי להפיק תוצאות בסיסיות בלבד. כמו כן, ל-fMRI ישנן מגבלות, למשל העובדה שרזולוציות הזמן והמרחב שלו אינן מספקות. למרות כל זאת, היכולות שאליהן הגיעו כבר כיום הן מרשימות ומבטיחות.

לטעמי, בעתיד הקרוב, ה-fMRI יוכל לסקור מחשבות וחלומות ולהקליט אותם. אז הסורקים יהיו קטנים הרבה יותר ויוכלו להיכנס לכל בית ולהיות בכל מקום ציבורי שבו יידרשו. פסיכיאטרים יוכלו להכיר את עולמם הפנימי של המטופלים שלהם ורשויות החוק יוכלו לדעת אם אדם אשם בפשע ואם הוא משקר, ללמוד על כוונותיו ואמונותיו ואף לקרוא את מחשבותיו הכמוסות ביותר. פועל יוצא מכך הוא עמידתה הבלתי נמנעת של האנושות בפני שאלות אתיות ופוליטיות הקשורות לצנעת הפרט.

בד בבד עם ההתקדמות בתחומי המחקר ב-MRI וב-fMRI, החוקרים מנסים לגלות דרכי דימות חדשות, כמו למשל אמצעי דימות שיוכל לעקוב אחרי האותות החשמליים שמשגרים מיליוני תאי העצב במוח והאינטראקציות ביניהם, ולפענח אותם. טכנולוגיה כזו תוכל ללמד אותנו על הדרך שבה נוצרת מחשבה, למידה או כל פעולה מוחית אחרת. ברגע שכל אלה יקרו, נוכל גם לחבר מוחות של אנשים שונים לפעול יחד בדרכים שעדיין נשגבות מהדמיון.

למרות כל זאת, גם כשנגיע ליכולות האלו, נראה שהמהפכה האמיתית בכל הקשור לדימות המוח והגוף, ולניצול עקרון התהודה המגנטית לשם כך, עוד תהיה לפנינו.

לפרטים נוספים על הספר – ליחצו כאן

נושאים קשורים:  עופר בן חורין,  תהודה מגנטית,  fMRI,  MRI,  דימות,  בדיקות דימות אבחנתי,  חדשות,  מגזין
תגובות
 
אנונימי/ת
13.09.2019, 09:39

שלום,
עם כל ההתקדמות המופלאה, יש לחשוב על הסייגים והבעיות שיכולות לצוץ עקב כך:
1). לגבי "סורק בעל שדה מגנטי חיצוני בעוצמה של 11.75 טסלה, פי 235 אלף מהשדה המגנטי של כדור הארץ":
במידה ואכן יהיו הרבה מאד "בכל בית" סורקי MRI חזקים קטנים בכל העולם: האם יתכן מצב של שינוי השדה המגנטי של כדה"א ואף שינוי נטית הצירים המגנטים שלו, על כל הכרוך בכך? שינוי גופני, אקלימי, וכו,
2). לגבי fMRI: מזכיר את הסרט "דו"ח מיוחד" ( Minority report) שבו הרשויות יכולות "לקרוא" כוונות אנשים ולמנוע כאילו ביצוע פשעים, רק שמרוב להיטות לא רצו לקחת בחשבון שיש אפשרויות נוספות של בחירת האדם שלא לבצע פשע , והיו אנשים שהושמו בבית הסוהר שלהם. גם אפשרות ה"שליטה על מחשבות" ע"י הטכנולוגיה המתקדמת עליה להיות עם סייגים ברורים, כללים אתיים מוקפדים , גבולות, הגנות טכנולוגיות מצוינות ועוד.
מאידך, אפשרויות התקשורת עם חולים במצבים וגטטיביים מרשימה ביותר.
3). גישת "והצנע לכת"- כדרך הראויה כאן.

20.09.2019, 11:26

שלום רב, לא צפויה השפעה על השדה המגנטי של כדור הארץ בעקבות סורקי MRI חזקים. בהקשר לשינויים גופניים, זה כמובן מגביר את הסיכוי לנזקים ולכן לא מבצעים כרמות טסלה כאלו בדיקות על בני אדם אלא רק על חיות. אתה צודק לגבי 2 ואכן התחום, כמו תחומים אחרים כיום (כגון גנטיקה) מעלים כיום שאלות אתיות לא פשוטות.

17.10.2019, 10:20

יש לך בילבול עם הפרופורציות.
השדה המגנטי של כדור הארץ , מקיף את כל כדור הארץ מגיע עד לחלל העמוק - הרבה קילומטרים מהמקור שלו, ונובע מכדור ברזל מותך ענקי ששוכן בליבושל כדור הארץ, המכשיר הכי גדול שאדם מסוגל לייצר לא מסוגל להגיע לעוצמה של חלקיק מהשדה הזה.
שדה מגנטי של מכשיר MRI כזה לא יכול להשפיע במרחק של קילומטרים רבים מהמכשיר.
נקודתית באזור שבו מתבצעת הסריקה יש שדה קטן מקומי שהוא חזק יותר מהשדה של כדור הארץ, גם המגנטים שעל המקרר מיצרים שדה חזק יותר מהשדה של כדור הארץ בקרבתם, את יכולה לבדוק את זה עם מצפן , קרבי מצפן למגנט ותראי שהשדה של המגנט הקטנצ'יק מתגבר על השפעת השדה המגנטי של כדור הארץ.

אנונימי/ת
13.09.2019, 14:55

ומה עם השפע של שדה אלקטרומגנטי ברמה כזאת על גוף האדם?

אנונימי/ת
17.10.2019, 10:27

מה שידוע זה שהוא לא מזיק בכלל או שפחות מזיק מקרינת הרנטגן במכשיר CT .

17.10.2019, 10:28

גם פחות מזיק מקרינה ממכשירים סלולריים

14.09.2019, 08:58

מדהים

MRI איננו ידידותי לסובלים מקלסטרופוביה וקיימים רבים כאלה - קיים מכשיר "פתוח" - הלוואי והיה ניתן לפתח מכשירים "פתוחים"יותר כאלו. דבר אחר הוא חומר הניגוד - כמה הייתי שמח לו MRI היה כמכשיר רנטגן פשוט שאיננו דורש החדרת חומרים זרים לגוף החולה. לחולים יש מספיק "צרות" בלי חומרי הניגוד. בכלל הדימות והאבחנה של המכשירים "הפרימיטיביים" שלנו במאה הנוכחית צריכה להתפתח לרזולוציה גבוהה יותר ולמהירות רבה יותר ללא פולשנות כלל כמו האולטרהסאונד!!

20.09.2019, 11:29

ל-MRI ישנם יתרונות ברורים שלא נמצא אותם בטכנולוגיות דימות אחרות, כבר כיום יש חומרי ניגוד ידידותיים יותר, ו-MRI פתוח הוא כמובן חשוב מאוד וחשוב שיהיה אותו גם בישראל (היה בעבר והפסיק לפעול בגלל חוסר רווחיות).