תגובת המוח לצליל פתאומי מתרחשת בתוך מילישניות. בין החתימות הקורטיקליות הראשונות של שרשרת עיבוד מהירה כברק זו היא תנודה שלילית מובחנת באלקטרואנצפלוגרם, המוכרת כפוטנציאל מעורר שמיעתי N100.
ה-N100, המופיע כ-100 מילישניות לאחר תחילת הצליל ומגיע לשיאו מעל אזורי הקרקפת הפרונטו-מרכזיים, מייצג תגובה קורטיקלית מחייבת לגירוי שמיעתי. הוא מסמן את נקודת הזמן שבה מידע אקוסטי גולמי עובר מתחנות ממסר תת-קורטיקליות אל החישובים הקורטיקליים המשמעותיים הראשונים. הבנת האופן שבו רכיב זה מתנהג בתנאים שונים — וכיצד הוא משתבש במצבים קליניים מסוימים — מציעה צוהר נקי להפליא אל מנגנון הקידוד החושי של המוח.
מהו ה-N100?
ה-פוטנציאל המעורר השמיעתי N100 מסמן שלב ספציפי של קידוד תחושתי. הוא מייצג את התהליך החישובי שבו המוח משווה בין קלט שמיעתי נכנס לבין מודלים פנימיים כדי לקבוע את הסבירות של הצליל. רכיב ה-N100 פועל בתוך ארכיטקטורה של עיבוד חיזויי, ומודד את ההתאמה בין אותות תחושתיים לבין מודלים נלמדים.
ראיה ישירה לתפקיד חישובי זה מגיעה ממחקר מגנטואנצפלוגרפיה (MEG) של טודורוביץ' ולאנגה, אשר הפריד בקפידה בין שני תהליכים המשפיעים על תפיסה שמיעתית שלעיתים קרובות נוטים לבלבל ביניהם. המחקר ביצע מניפולציה אורתוגונלית על חזרתיות הגירוי (ההיסטוריה המקומית והמיידית של טון ספציפי) ועל הציפייה לגירוי (הסתברויות סטטיסטיות נלמדות לגבי אילו טונים נוטים להופיע בעקבות אחרים).
ההפרדה הזמנית הראתה כי תגובות שמיעתיות מוקדמות, המתרחשות בחלון זמן קצר של 40 עד 60 מילישניות לאחר הגירוי, דוכאו באופן סלקטיבי על ידי חזרתיות בלבד. טון שפשוט חזר על עצמו מהניסוי הקודם עורר תגובה עצבית מוקדמת קטנה יותר, ללא קשר לשאלה האם המאזין ציפה לו על סמך הדפוס הרחב יותר.
חלון העיבוד הבא, המשתרע על פני 100 עד 200 מילישניות, הציג תמונה שונה לחלוטין. כאן, התגובה העצבית דוכאה באופן סלקטיבי על ידי ציפייה תקפה. כאשר טון היה צפוי על סמך חוקיות סטטיסטית נלמדת ברצף, הפעילות בטווח השהיה זה פחתה באופן עקבי, אפילו כאשר אותו טון היווה שינוי מהגירוי שקדם לו באופן מיידי. מכיוון שרכיב ה-N100 נופל בדיוק בתוך טווח זה של 100 עד 200 מילישניות, הוא משמש כסמן עצבי לשלב ביניים זה של קידוד תחושתי.
שלב זה משלב אותות חיזוי מלמעלה למטה (כלומר, תחזיות המיוצרות על ידי אזורי קליפת מוח גבוהים יותר לגבי אירועים תחושתיים קרובים) עם קלט תחושתי מלמטה למעלה המגיע מהאוזניים. כאשר החיזוי והקלט מתואמים, ה-N100 קטן. כאשר הם מתנגשים, ה-N100 גדל, ומאותת שקליפת המוח צריכה לעבוד קשה יותר כדי לקדד את האירוע הבלתי צפוי.
סינון תחושתי והתרגלות לצלילים חוזרים
מעבר לקידוד של ניסוי בודד, ה-N100 מספק מדד רגיש לאופן שבו המוח מנהל גירוי חוזר באמצעות תהליך הנקרא סינון תחושתי (sensory gating). סינון תחושתי מתאר את הסינון הנוירולוגי האוטומטי המגן על מערכות קוגניטיביות גבוהות יותר מפני הצפה במידע מיותר. מערכת סינון בריאה מפחיתה במהירות את תגובתה לצלילים חוזרים ובלתי רלוונטיים, ובכך משמרת רוחב פס עיבודי לאירועים חדשים או בולטים.
במעבדת אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG), יכולת זו נמדדת בדרך כלל באמצעות פרדיגמת נקישות מצומדות (paired-click), שבה שתי נקישות זהות מוצגות ברצף מהיר, ומסומנות כ-S1 ו-S2. תגובת סינון חזקה מאופיינת ב-N100 קטן משמעותית עבור S2 בהשוואה ל-S1.
בעוד שמדדי סינון מבוססי מעבדה המשתמשים בנקישות מצומדות לוכדים חלק ספציפי ממנגנון סינון זה, התרגלות לסדרות ארוכות יותר של גירויים זהים מספקת מבט משלים ומאיר עיניים. מחקר שעשה שימוש במערך צפוף של EEG הציג למשתתפים סדרות של ארבעה טונים זהים ובחן כיצד ה-N100 השתנה לאורך הצגות עוקבות.
בקרב אנשים בעלי התפתחות טיפוסית, האמפליטודה של תגובת ה-N1 הראתה דפוס ברור של התרגלות (habituation), שהלכה ופחתה ככל שהטון חזר על עצמו. המוח קבע ביעילות שהצליל החוזר אינו נושא מידע חדש, והפחית בהתאם את תגובתו האלקטרופיזיולוגית. העמעום המסתגל שנוצר מייצג מנגנון יעילות בסיסי, המונע ממערכות התחושה להשקיע ללא הרף משאבים מטבוליים בעיבוד של רקע אקוסטי סטטי וחסר חשיבות התנהגותית.
יתרה מכך, מדדי הסינון של N100 המופקים מפרדיגמות של נקישות מצומדות מציעים כמה היבטים כמותיים על תהליך סינון זה. חוקרים יכולים למדוד את האמפליטודה של התגובה לנקישה הראשונה, המציגה את יכולת הרישום הראשונית של המוח. האמפליטודה לנקישה השנייה מצביעה על מידת ההתמדה של האות הראשוני הזה.
מערכים אלה ניתן לגזור הפרש אמפליטודה – המחושב על ידי הפחתת תגובת S2 מתגובת S1 – לצד יחס סינון המחלק את אמפליטודת S2 באמפליטודת S1. ציוני הפרש קטנים יותר ויחסי סינון גדולים יותר מצביעים לעיתים קרובות על מנגנון סינון פגום.
מדד סינון | פרשנות |
|---|---|
אמפליטודת S1 | יכולת רישום ראשונית |
אמפליטודת S2 | עוצמת תגובה מתמדת |
הפרש אמפליטודה | S1 פחות S2 |
יחס סינון | S2 חלקי S1 |
כיצד קשב וחיזוי מעצבים את ה-N100
קשב וחיזוי מעצבים את ה-N100 על ידי ויסות האמפליטודה שלו על סמך הרלוונטיות ההתנהגותית והחדשנות המידעית של צלילים נכנסים. תגובתיות זו מצביעה על כך שה-N100 פועל כתהליך דינמי, שבו ציפייה וקשב מקצים באופן דינמי משאבים קוגניטיביים לגירויים שמיעתיים.
ה-N100 תופס מקום טוב באמצע בטקסונומיה של פוטנציאלים מוחיים. הוא מוקדם מספיק כדי להיחשב לרכיב תחושתי, המונע במידה רבה מהתכונות הפיזיקליות של הצליל, אך עם זאת הוא חדיר באופן מוכח להשפעות שמחוץ למסלול השמיעתי הראשוני.
הבסיס המנגנוני לגמישות זו נמצא ביחסי הגומלין בין דיכוי חזרתיות לדיכוי ציפייה. הממצא לפיו ציפייה מדכאת באופן סלקטיבי את חלון התגובה של 100 עד 200 מילישניות – טווח ההשהיה המדויק שבו שוכן ה-N100 – מספק את הביסוס האמפירי למודל מעורר הקשב. ציפייה תקפה מייצגת את היישום הנוירו-חישובי של חיזוי מלמעלה למטה.
כאשר המוח צופה צליל במדויק, הגעתו מייצרת אות שגיאת חיזוי קטן יותר, המתבטא אלקטרופיזיולוגית כ-N100 קטן יותר. דבר זה נחשב לעיתים קרובות לסימן היכר של עיבוד יעיל, המצביע על כך שהמודל הפנימי של המוח לגבי הסביבה השמיעתית היה מדויק מספיק כדי לבטל בחלקו את הצורך בתגובה קליפתית מלאה לקלט התחושתי.
ראוי לציין כי תפיסה זו מבחינה בין ה-N100 לבין רכיבים מוקדמים עוד יותר, טרום-קשביים, כמו ה-P50. בעוד שסינון P50 נחשב כמושרה על ידי סינון אוטומטי ומובנה הפועל לפני שקשב מודע יכול להתערב, ה-N100 מסמן את הנקודה שבה המוח מתחיל להשוות באופן פעיל ראיות תחושתיות מול מערכת ההיפותזות התפיסתיות הנוכחית שלו.
כאשר צליל דורש קשב מכיוון שהוא בלתי צפוי, חדש או רלוונטי למשימה, תגובת ה-N100 נשמרת או מוגברת, ומאותתת כי האירוע התחושתי עבר את הסינון הראשוני ודורש הקצאה של משאבים קוגניטיביים מוגבלים.
ליקויים ברישום תחושתי בסכיזופרניה
הארכיטקטורה התיאורטית הקושרת את ה-N100 לרישום תחושתי ולהקצאת קשב מוצאת את היישום המשמעותי ביותר מבחינה קלינית בחקר הסכיזופרניה.
מאפיין מרכזי ומצער של סכיזופרניה הוא החוויה הסובייקטיבית של הצפה על ידי מידע תחושתי. צלילים נשמעים חזקים יותר, פולשניים יותר וקשים יותר להתעלמות. מסגרת הסינון התחושתי מספקת נקודת מבט נוירולוגית להבנת סימפטומים אלו, ומניחה כי כשל ביכולתו של המוח לסנן קלט בלתי רלוונטי מאפשר לזרם של נתונים תחושתיים בלתי מובחנים להגיע למודעות הערה.
מחקר בקנה מידה גדול משנת 2020 שהשתמש בפרדיגמת נקישות מצומדות שמיעתית פסיבית בחן סינון של P50, N100 ו-P200 בקרב 104 חולי סכיזופרניה יציבים מבחינה קלינית ו-102 נבדקי ביקורת בריאים. מחקר זה מייצג את הניתוח הבודד הגדול מסוגו לבחינת שלושת הרכיבים הללו יחד.
במחקר זה, בהשוואה לקבוצת הביקורת, חולים עם סכיזופרניה הציגו ליקויים משמעותיים בסינון תחושתי ב-N100, אשר אופיינו ביחסי סינון גדולים יותר ובהפרשי אמפליטודה קטנים יותר. תוצאות אלו מצביעות על כך שמנגנון הסינון הפועל בחלון השהיה בינוני זה נפגע באופן מדיד.
באופן מכריע, דפוס הליקוי הזה לא היה היחלשות כללית של תהליך הסינון. ניתוח נוסף הראה כי קבוצת הסכיזופרניה הציגה אמפליטודת S1 קטנה יותר עבור ה-N100 וה-P200. מערכת השמיעה אצל חולים אלה אינה מקודדת את הצליל בתחילה בצורה חזקה כפי שהיא עושה אצל אנשים בריאים. במקום שהבעיה תהיה בעיקר כשל בדיכוי הנקישה השנייה, המיותרת, נראה כי אחת האנומליות המרכזיות היא מחויבות קליפתית מופחתת לעיבוד הצליל הראשון ממש בצמד.
ראוי לציין כי מחקר זה לא מצא מתאמים בין מדדי סינון ה-N100 לבין אשכולות התסמינים החיוביים או השליליים הסטנדרטיים של סכיזופרניה כפי שנמדדו בסולמות קליניים. הדבר מצביע על כך שליקוי הרישום של ה-N100 עשוי לתפקד כסמן עצבי יציב של ההפרעה, המאפיין אותה כתכונה קבועה, ולא כמדד המשתנה בהתאם לחומרת התסמינים האקוטית.
העמידות המפתיעה של ה-N100 לגירוי מוחי
בהתחשב במעורבות הברורה של ה-N100 במצבים פסיכיאטריים ונוירו-התפתחותיים, מאמצים לווסט רכיב זה באופן ישיר נראים כצעד טיפולי הגיוני.
גירוי חשמלי ישיר חוצה-גולגולת (tDCS) מייצג את אחת הצורות הנגישות ביותר של אפנון עצבי לא-פולשני. על ידי העברת זרם חשמלי חלש דרך אלקטרודות על הקרקפת, tDCS שואף לשנות את פוטנציאל הממברנה במצב מנוחה של נוירונים קליפתיים שמתחת, ובכך לשנות את העירור והתגובתיות שלהם. פנייה לקליפת המוח השמיעתית באמצעות tDCS הוצעה כהתערבות פוטנציאלית להפרעות בעיבוד שמיעתי בסכיזופרניה, כולל אלו המסומנות על ידי ה-N100.
מבחן קפדני להנחה זו בחן את ההשפעות של tDCS אנודלי שהוחל מעל קליפת המוח הטמפורלית האחורית השמאלית. המחקר של קונזלמן ושותפיו השתמש במערך מוצלב (crossover) חזק, ובחן 24 משתתפים בריאים בשני מפגשים נפרדים בהפרש של שבוע.
במפגש אחד קיבלו המשתתפים גירוי אנודלי פעיל. במפגש השני הם קיבלו גירוי דמה (sham), תנאי פלצבו שבו הזרם מוגבר לזמן קצר ואז מופסק, כדי לחקות את התחושה הראשונית מבלי לספק גירוי מתמשך. פוטנציאלים מעוררים שמיעתיים, כולל ה-N100, הוקלטו במהלך האזנה פסיבית לטונים לפני הגירוי, במהלכו ואחריו.
המחברים לא מצאו הבדלים משמעותיים בין הגירוי האנודלי לגירוי הדמה, ולא מצאו השפעות משמעותיות של הגירוי לאורך זמן עבור אף אחת מהאמפליטודות או השהיות ה-N100 שנבדקו. אפילו ניתוח טופוגרפי מפורט, שמיפה את התפלגות המתח על פני כל הקרקפת במהלך חלון הזמן של ה-N100, לא הצליח לחשוף שינויים כלשהם כתוצאה מהגירוי, מעבר לאפקט התרגלות כללי שנצפה באופן שווה בשני התנאים.
תוצאה אפסית זו מצביעה על כך שהמחוללים הנוירופיזיולוגיים של הפוטנציאל המעורר השמיעתי N100 עמידים להפליא לסוג השדה החשמלי החלש והמפוזר המיוצר על ידי tDCS מעל קליפת המוח הטמפורלית.
על קצה המזלג
ה-N100 מציג רגע קריטי שבו המוח מחליט כמה קשב מגיע לצליל על ידי השוואתו לתחזיות שנבנו מניסיון העבר. צלילים חוזרים או צפויים מייצרים תגובות קטנות יותר, בעוד שצלילים מפתיעים מייצרים תגובות גדולות יותר, מה שמראה שהמוח מתגמל ציפיות מדויקות וחוסך באנרגיה. זה הופך את ה-N100 למדד שימושי במיוחד ליעילות שבה מערכת התחושה מסננת את העולם השמיעתי לפני שתהליכים קוגניטיביים גבוהים יותר משתלטים. נראה גם כי ה-N100 הוא סמן יציב דמוי תכונה ולא מדד עוצמת תסמינים משתנה, והוא עמיד בפני גירוי חשמלי ישיר, מה שמציב גבולות חשובים לטיפולים המוצעים.
מקורות
Todorovic, A., & de Lange, F. P. (2012). Repetition suppression and expectation suppression are dissociable in time in early auditory evoked fields. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience, 32(39), 13389–13395. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2227-12.2012
Ethridge, L. E., White, S. P., Mosconi, M. W., Wang, J., Byerly, M. J., & Sweeney, J. (2016). Reduced habituation of auditory evoked potentials indicate cortical hyper-excitability in Fragile X Syndrome. Translational psychiatry, 6(4), e787-e787. https://doi.org/10.1038/tp.2016.48
Shen, C. L., Chou, T. L., Lai, W. S., Hsieh, M. H., Liu, C. C., Liu, C. M., & Hwu, H. G. (2020). P50, N100, and P200 auditory sensory gating deficits in schizophrenia patients. Frontiers in Psychiatry, 11, 868. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2020.00868
Kunzelmann, K., Meier, L., Grieder, M., Morishima, Y., & Dierks, T. (2018). No effect of transcranial direct current stimulation of the auditory cortex on auditory-evoked potentials. Frontiers in neuroscience, 12, 880. https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00880
שאלות נפוצות
מהו הפוטנציאל המעורר השמיעתי N100?
ה-N100 הוא סטייה שלילית באלקטרואנצפלוגרם המופיעה בערך 100 מילישניות לאחר תחילת הצליל, כאשר השיא שלה הוא מעל אזורי הקרקפת הפרונטו-מרכזיים. הוא מייצג תגובה קליפתית מחייבת המסמנת את הרגע שבו מידע אקוסטי עובר מתחנות ממסר תת-קליפתיות לחישובים קליפתיים מוקדמים.
במה שונה ה-N100 מגלים מאוחרים יותר כמו P300 או N400?
ה-P300 וה-N400 משקפים תהליכים קוגניטיביים מסדר גבוה יותר כמו עדכון הקשר ואינטגרציה סמנטית, בעוד שה-N100 יושב בצומת דרכים תפקודי ברמת הביניים. מיקום זה מאפשר ל-N100 ללכוד את המעבר בין גילוי תחושתי אוטומטי לבין ההקצאה המוקדמת ביותר של משאבי קשב.
כיצד חזרתיות וציפייה משפיעות על ה-N100?
חזרתיות לבדה מדכאת תגובות שמיעתיות מוקדמות מאוד בחלון של 40-60 מילישניות, בעוד שציפייה תקפה מדכאת באופן סלקטיבי תגובות בחלון של 100-200 מילישניות המכיל את ה-N100. כאשר צליל צפוי על סמך דפוסים סטטיסטיים נלמדים, ה-N100 קטן; כאשר הצליל מתנגש עם הציפיות, ה-N100 גדל.
מהו סינון תחושתי וכיצד משתמשים ב-N100 כדי למדוד אותו?
סינון תחושתי (sensory gating) הוא מנגנון הסינון האוטומטי של המוח המונע ממידע מיותר להציף מערכות קוגניטיביות גבוהות יותר. בפרדיגמות של נקישות מצומדות, מערכת סינון בריאה מייצרת N100 קטן משמעותית לנקישה השנייה, והפרשי אמפליטודה קטנים יותר או יחסי סינון גדולים יותר מצביעים על סינון פגום.
Emotiv היא מובילה בתחום הנוירוטכנולוגיה המסייעת לקדם מחקר במדעי המוח באמצעות כלי EEG נגישים וכלי נתוני מוח.
הבהרה רפואית: המידע המסופק באתר זה נועד למטרות חינוכיות ואינפורמטיביות בלבד ואינו מיועד לשמש כייעוץ רפואי או בריאותי. תוכן זה עלול להכיל שגיאות ואין להסתמך עליו לצורך קבלת החלטות משנות חיים בנושאי בריאות, רפואה או סגנון חיים. פנה תמיד לקבלת ייעוץ מהרופא שלך או מכל גורם רפואי מוסמך אחר בכל שאלה שעשויה להיות לך בנוגע למצב רפואי או לטיפול.
כריסטיאן בורגוס
