ד"ר אילנה ניסקי / צילום: דני מכליס
המחקר: איך מונעים בלבול בתנועות
השאלה שמנחה את ד"ר אילנה ניסקי במחקר שלה היא כיצד המוח שולט בתנועות הידיים שלנו. "על פניו, המוח הוא מערכת רועשת ומורכבת, שמקבלת את המידע שלה מהעולם בהשהיה משמעותית. אבל התנועות שלנו הן מדויקות ועדינות יחסית לכל מה שהפקנו עד היום באמצעות רובוטים", היא מסבירה, "אז אנחנו יצאנו לחקור איך מתרחש התהליך הזה של איסוף המידע על ידי המוח לגבי הסביבה, והכוונת התנועה באמצעות השילוב בין מגע, ראייה והחוש הפנימי המאפשר לנו לדעת היכן נמצאים האיברים שלנו. המטרה היא לשפר את הממשק של רופאים עם רובוטים רפואיים ולשפר את היכולת לבצע רפואה מרחוק, כלומר שרופא יוכל לתפעל רובוט שנמצא ביבשת אחרת ויעשה את התנועות הנכונות בידית הרובוטית שבה הוא אוחז, אף שהפידבק מהגוף שהוא מנתח מגיע אליו בהשהיה".
"על פניו למוח יש אתגרים רבים להתמודד איתם בתכנון תנועה", מסבירה ניסקי את מהות המחקר. "מעבר לעובדה שהמידע מהסביבה מגיע באופן רועש ובהשהיה, משום שלדוגמה נדרש זמן למידע לעבור דרך העצבים אל המוח, יש גם אתגרים אחרים. למשל, כשהמוח רוצה להפעיל שריר עייף, הוא צריך לעשות זאת באופן שונה מאשר הפעלת שריר שלא התעייף. כלומר, לא רק שקשה למפות את הגירוי הסביבתי, גם התגובה לגירוי הסביבתי משתנה כתלות בגורמים שונים".
המוח, ככל הנראה, פועל לפי העיקרון הכללי הזה: הוא לומד את סביבתו מראש ומתכנן את התנועה כך שתתאים למה שהוא מצפה שיקרה בסיטואציה, על בסיס סיטואציות דומות שבהן נתקל בעבר. "כך, בכל פעם שאנחנו מושיטים יד לתפוס בידו של מי שהולך לצדנו, הגוף רואה את היד השנייה, יודע בערך את ממדי גופו של בעליה ולכן יודע לצפות היכן ייתקל ביד. הוא גם פועל לפי זיכרון של אינספור מקרים שבהם הושטנו יד בעבר. אם מפספסים, מתקנים, אבל בדרך כלל, כך נוצרת תנועה חלקה.
"אם נושיט יד לכיוון כלי העבודה האהוב עלינו, נשים לב שהיד כבר מכינה את עצמה בצורתה לאחוז באותו כלי, כפי שאחזנו בו פעמים רבות בעבר. איננו צריכים לבצע את רוב החישובים לגבי גודל ומרחק בזמן אמת. אנחנו פועלים במידה רבה לפי זיכרון ותחזיות. כך, כאשר אנחנו מוציאים קרטון חלב מהמקרר ולא יודעים שמי שלקח אותו לפנינו החזיר אותו ריק, אנחנ נפעיל עליו כוח חזק מדי ונמעך אותו. חוש המישוש יאותת לנו בדרך, ואם נספיק, נתקן את עצמנו ולא נמעך אותו ממש עד הסוף. הזיכרון הגופני שלכם גרם לאחיזה הראשונית, וחוש המישוש זיהה את המצב האמיתי קצת מאוחר יותר ותיקן את המצב".
הטקטיקה הזאת אינה מתאימה כמובן לניתוחים. מנתח אינו יכול לפעול בהתאם לזיכרון של הניתוח הממוצע ולתקן בהתאם לתוצאה אצל הפציינט הסופי. הוא חייב להיות קשוב כל הזמן לפידבק מגוף המטופל. המצב מסתבך עוד יותר כאשר מנתחים באמצעות רובוט ומקבלים חזרה מידע חזותי בלבד ולא מידע פיזי של ההתנגדות האמיתית של הרקמה לסכין, ועוד יותר כאשר מנתחים באמצעות רובוט מרחוק ומקבלים את כל המידע בהשהיה.
ניסקי והסטודנטים שלה בחנו באופן ספציפי את ההשפעה של ההשהיה. באחד הניסויים הם ביקשו מנבדקים להזיז ידית רובוטית שהפעילה עליהם כוחות שהתגברו ככל שהמהירות גברה. הדבר דומה להעברת חפץ במים. ככל שמעבירים חפץ במים מהר יותר, כך היד מרגישה בכוח רב יותר. "בשלב הבא, יצרנו אשליה ונתנו את הפידבק בהשהיה של עשירית שנייה, כלומר כשהעברת את הידית במים במהירות רבה יותר, רק עשירית שנייה אחרי כן הרגשת שהיא מחזירה לך התנגדות רבה יותר". כיצד יגיב אותו אדם בפעם הבאה שיפעיל את הידית? "אנשים מסתגלים ומזיזים את הידית נכון, כלומר כאילו אין השהיה. ואחרי שמבטלים את ההשהיה נותר 'אפטר אפקט'. כמו שמתרגלים לסחוב שקית קניות והמוח מנחה את השרירים לפצות על כך, ואז אם מסירים את השקית היד כאילו מרגישה קלה מדי ו'קופצת' בקלות כלפי מעלה".
הבעיה היא שהאשליה מבלבלת את המוח. "האפטר אפקט גורם לי להפעיל כוחות מתנגדים, גם בהתאם למה שאני חשה עכשיו וגם לפי מה שחשתי קודם. נראה שיש לנו במוח ייצוג של המציאות שמביא בחשבון את הזמן ולצדו ייצוג שאינו מביא בחשבון את הזמן", אומרת ניסקי. התלבלבתם? גם אנחנו. גם המוח. גם הרופא המבצע את הניתוח הרובוטי.
בניסוי נוסף התבקשו נבדקים לשחק "פונג", משחק ותיק שמבוסס על פס שנע בתחתית המסך ותפקידו לתפוס כדור פינג-פונג ולפוצץ באמצעותו לבנים בחלק העילי של המסך. החוקרים בחרו במשחק הזה משום שעוד באייטיז הוא סבל מהשהיה מרגיזה. כעת הם השהו את המחבט בכוונה. גם אם אינכם מכירים את פונג, נסו לדמיין משחק טניס במחשב, שבו המחבט זז בפרופורציה מושלמת לתנועה שלכם, אבל זמן רב אחרי שעשיתם אותה. "מצאנו שאנשים לא יודעים בדיוק לפצות על ההשהיה", אומרת ניסקי. "הם מתחילים לעשות תנועות ארוכות יותר. הדבר הנכון הוא לעשות אותן תנועות, אבל זמן קצר מוקדם יותר".
- התנועות הארוכות נועדו לפצות על האפשרות שהמחבט לא יספיק להגיע אל הכדור?
"זה הסבר אפשרי אחד. אנחנו לא בדיוק יודעים".
- האימון במשחק עוזר לשפר את התפקוד?
"לאחר אימון של שעה, המצב דווקא מחמיר. לא בדקנו מה קורה באימון ארוך עוד יותר, אבל לא נראה שזה אפקט שלגמרי מפצים עליו, כמו השקית מהסופר או העקבים".
היישום: ניתוח בלי לגעת במנותח
אז מה עושים לגבי הניתוחים הרובוטיים? "אחד הדברים שאנחנו עובדים עליהם הוא לתת לרופא המשתמש ברובוט פידבק במגע, נוסף על פידבק בראייה, כי כבר הבנו ששתי המערכות נותנות חלקים שונים מהתמונה. זה יכול לעבוד לטובתנו שלגוף יש שתי מערכות. כך אפשר לטפל בראייה ובתחושה בנפרד, וגם בתפיסה ובפעולה בנפרד".
ניסקי בוחנת כיום גם עבודה עם רופאים המבצעים ניתוחים לפרוסקופיים, שבהם משחילים מכשירים דמויי מסרגות דרך חורים קטנים בדופן בטן החולה ומבצעים את הפעולה הניתוחית מבחוץ. אם הכול הולך כראוי, ההתאוששות מהניתוחים הללו היא מהירה וקלה הרבה יותר מאשר התאוששות מניתוח בבטן פתוחה, אבל עדיין ייתכנו בעיות. "יש אפקט בשם 'נקודת המשען' המכתיב את גודל התנועות שעל המנתח לבצע, בהתאם למיקום המסרגה. יש כל מיני גורמים שיכולים להשפיע באופן אשלייתי (ומסוכן) על תפיסת נקודת המשען וזה עוד אתגר שצריך להתמודד איתו. אני יכולה לנסות לעשות מניפולציה על הכוחות שהרופא מרגיש, כדי שהשליטה בפועל תהיה טובה יותר".
- לפרסקופאים טובים יודעים להתגבר על זה?
"זה מה שאנחנו מנסים להבין. השאלה היא פחות למי העניין טבעי ויותר מה קורה במוח בתהליך ההכשרה. אנחנו יודעים שאם לאנשים רגילים יש נטייה לבצע תנועות עקמומיות לאט, אצל רופאים מומחים, בהדרגה רואים ביטחון רב יותר בתנועות העקמומיות".
ניסקי מקווה לסייע למנתחים באמצעות מכשיר המפעיל כוח על העור ומותח אותו, כפי שקורה בעת שאנחנו מחזיקים דבר מה. "אם נוכל להעביר מידע נכון לאדם לגבי מה הוא אוחז אך ורק באמצעות מתיחת העור, זה פותח פתח ליצירה של כל מיני אביזרים לבישים, שיתנו לרופאים רמזי מגע, ללא שיצטרכו להחזיק משהו שדומה אחד לאחד למכשיר שהם מנסים להפעיל מרחוק".
הדרך למחקר: "ידעתי שכנראה אהיה מהנדסת"
"זה דווקא סיפור יפה", עונה ניסקי לשאלה איך הגיעה לתחום המחקר שלה. "ידעתי שאני כנראה אהיה מהנדסת. בתיכון חשבתי שאהיה מתכנתת אחרי הצבא, אחר כך הבנתי שאני רוצה ללכת להנדסה. רציתי הנדסת חשמל, אבל אז גיליתי את ההנדסה הביו-רפואית וזה היה נשמע לי מרתק השילוב הזה של הנדסה ורפואה, כי מספרים עניינו אותי כל הזמן אבל פתאום הבנתי שיש עוד. אפשר להתחבר לעוד צדדים.
"כשראיתי רובוטים שמייצרים מציאות מדומה, התחלתי מחקר בין השנה השנייה לשלישית בלימודים, שהתגלגל לפרויקט גמר, ונדבקתי בחיידק. עשיתי מסלול ישיר לדוקטורט אצל פרופ' אמיר קרניאל ז"ל. הוא חשף אותי לחקר המוח ועסקנו בהשהיה. אבל כל הזמן חשבנו מה יהיה היישום הרפואי של זה.
"קראתי על 'ניתוח לינדברג', פרפראזה על הטיסה הטראנס-אטלנטית הראשונה, והתלהבתי. חיפשתי מעבדה שעוסקת בניתוח רובוטי וכשחזרתי לארץ שילבנו בין הדברים. מה הכישורים שצריך? אהבה למספרים לצד יצירתיות, ויכולת עבודה במצב של חוסר ודאות. אחד הדברים שהכי קשה לי להגיד לסטודנטים הוא שאנחנו ננחש מה יהיו התוצאות אבל זה לא מה שייצא. צריך לא להתייאש כשיש סתירה וצריך להניח הנחות חדשות".
הבחירה בישראל: "התקשורת עם הסטודנטים טבעית"
"הרצון שלי היה שהמדע הטוב שרציתי לעשות יהיה מדע טוב ישראלי. היה לי חשוב לתת חזרה למערכת בארץ, כי אני גדלתי בתוכה. ציונות? אפשר לומר. אני גם מרגישה שהתקשורת שלי עם סטודנטים ישראלים היא יותר טבעית. יש לי כאן כל התנאים הדרושים לביצוע המחקר, כולל הקירבה לבית החולים".
מסר לנשים: "הנדסה היא גם בשבילכן"
"חשוב לי לומר לנשים שאנחנו מוצלחות. אל תחשבו שהנדסה זה לא מקצוע לנשים. במיוחד הנדסה כזאת, שעובדים בה עם אנשים ועוזרים לאנשים ישירות. במעבדה שלי חצי מהחוקרים הם נשים, וכך גם היה במעבדה בסטנפורד, שהייתה בכלל במחלקה להנדסת מכונות - מקצוע שנחשב מאוד גברי. גם בראש המעבדה הזאת עמדה אישה, וזה מראה כמה חשוב שנשים יתקדמו למקומות המובילים. יש לי אימהות ואבות במעבדה. היום קריירה מדעית אין פירושה שצריך לנטוש את כל תחומי העניין האחרים. לי אישית אין ילדים, אבל אני רצה, מטפסת, רוכבת על אופניים. לכל אישה אצלנו יש העולם שלה, וגם לגברים".
ד"ר אילנה ניסקי
גיל: 36
מצב משפחתי: חיה עם בן זוגה עוזי והכלבים צ'ילי ופפר
חוקרת: איך המוח מפענח מידע שמגיע מחוש המישוש
מוסד: אוניברסיטת בן-גוריון
לימודים בחו"ל: פוסט דוקטורט בסטנפורד
התרומה הפוטנציאלית של המחקר: ביצוע ניתוחים מרחוק בעזרת רובוט
עוד משהו: "הגוף פועל לפי זיכרון. כך, אם נושיט יד לכלי עבודה אהוב, היד כבר מכינה את עצמה בצורתה לאחוז בו"
