נוירו-ארכיטקטורה: סוגיות בהתמצאות מרחבית וניווט בסביבות ארכיטקטוניות

בנקודה קריטית זו נציין כי בעלי המקצוע שאחראים על עיצוב אותן סביבות לעיתים אינם מודעים לנושאים הרבים שעולים מתוך המחקרים ובכך יש חשיבות רבה. המאמר מנסה להציג חלק מהדברים תוך התמקדות בנושא ניווט והתמצאות. ננסה להבין כיצד מתבצע תהליך בחירת מסלול הליכה בשיטוט סתמי לכאורה ברחוב, ומאידך ננסה להבין את המערכת הנוירולוגית המאפשרת לנו לנווט ליעדים מוגדרים. גם בניווט והתמצאות אנו שונים זה מזה ובהמשך נעבור על ההבדלים הקיימים בין גברים לנשים, צעירים ומבוגרים וכן הלאה.

על החיבור בין מדעי המוח לארכיטקטורה

ע"פ דלטון (Dalton), ספירס(Spiers), והולשר (Holscher), תחום המחקר אודות הקשר בין מדעי המוח לארכיטקטורה, נחלק בין הניסיון להבין כיצד משתמשים חווים ארכיטקטורה וכיצד חוויה זו משפיעה עליהם לבין תחום מחקר אחר המנסה לפענח את המנגנונים הנוירולוגים של תהליכי העיצוב אצל האדריכלים.[2] אתמקד בעבודה זו בתחום שבין ארכיטקטורה ומדעי המוח, בעיקר בניסיון להבין נושאים כגון: כיצד אנשים חווים מרחבים וחללים בסביבתם, כיצד נוצר כושר התמצאות בסביבה חדשה, כיצד אנו מצליחים לנווט בסביבה זו, מה הבסיס הקוגניטיבי והנוירולוגי שעומד מאחורי היכולות הנ"ל ועוד. יהיה ניסיון להבין מהם תהליכי קבלת ההחלטות במוח האדם, שמביאות אדם לבחור בנתיב אחד על פני האחר. אך ראשית כל אפתח בהבהרת החשיבות הרבה שחוקרים וארכיטקטים רבים רואים בקשר שבין ארכיטקטורה ומדעי המוח.

מדעי המוח וארכיטקטורה הוא מרחב מחקרי חדש יחסית שהחל לתפוס תאוצה בעיקר בעשור האחרון. בשנת 2003 הוקמה אקדמיה ייעודית למדעי המוח וארכיטקטורה בסן דייגו והיא הראשונה מסוגה בעולם. יוזם הקמתה ג'ון אברהארד (Eberhard)  מכהן כראש המכון למחקר ופיתוח של עמותת הארכיטקטים האמריקאית, ובנוסף אברהארד הינו הנשיא המכהן של ה'אקדמיה למדעי המוח למען ארכיטקטורה' (Academy Of Neuroscience For Architecture). אחת ממטרות האקדמיה היא לאסוף ולייצר גוף ידע שישמש ארכיטקטים במיזמים עתידיים. אברהארד והאקדמיה רואים בתכנון המבוסס על מחקר כלי עבודה ראשון במעלה ועל כן בחרו לקדם את הקמת האקדמיה.[3]

במאמר שפורסם באחד מגיליונות שנת 2003 של מגזין אגודת הארכיטקטים האמריקאית ( "How the Brain Experiences Architecture." ) [4] מציג אברהארד כיצד ביקור של אדם בסביבה ארכיטקטונית מייצר בעבורו זיכרון רב חושי. אותו זיכרון יהווה רכיב נוסף בעיצוב האישיות העתידית של האדם. לטענתו, להיווצרות הזיכרון, ובכלל להשפעה שיש לסביבה על האדם יש חשיבות מחקרית אדירה. ההיגיון שעומד מאחורי האמירה מבוסס על מחקרים רבים המתמקדים במערכת היחסים המורכבת שבין האדם וסביבתו הפיזית. מחקרים אלה מראים כיצד לסביבה יכולה להיות השפעה מעצבת חיובית או שלילית על האדם וחייו. יש חוקרים הטוענים כי מוח האדם מושפע באופן מובהק מהסביבה הפיזית בה אנו חיים. השפעת הסביבה הפיזית מתבטאת על כל רכיביה, ממרקם הרצפה ועד לטמפרטורת החלל. מתוך אותה שאיפה לשפר את חיינו, מושקעים מאמצים רבים בניסיון להבין את מהות החוויה הארכיטקטונית והמסקנה אליה מגיעים חלק מהחוקרים היא כי אם הסביבה משפיעה ומעצבת את האדם, מחובתה להיות מתוכננת תוך התחשבות באותם גורמים מעצבים. כפי שאליסון ווייטלו ((Whitelaw מאגודת הארכיטקטים של סן דייגו אמרה:

כי אם באמת נוכל (המתכננים) לעצב סביבות לאנשים אשר עונות על צורכיהם הבסיסיים-בין אם זה ביה"ס שעיצובו מעודד למידה וממקסם את פוטנציאל הלמידה של התלמידים ובין אם זו סביבת החלמה לחולים, שתעזור להם להבריא מהר יותר- הבניינים שנתכנן ישרדו יותר, יספקו את הדרישות מהם ואנחנו נרצה לשמור אותם לשימוש הקהילה גם בעתיד.[5] 

בשנת 2003 עם הקמתה של 'האקדמיה למדעי המוח למען ארכיטקטורה' התקיימה סדנא ראשונה. להלן מובאים מספר דברים מאת וויטלו אשר נאמרו בנאום הפתיחה :

אנחנו מאמינים שמידע מדעי מדיוק יספק בסופו של דבר כליי עיצוב יותר מיודעים, אשר ייטיבו עם תהליך העיצוב הארכיטקטוני. בניגוד לתהליך התכנון כיום אשר נסמך על שילוב של תחושות בטן, מידע מדעי 'קל', וניסיון [...] מדעי המוח כתחום חקר נמצא בחיתוליו. האפשרויות הן ללא ספק עצומות, ובעוד עשר עד עשרים שנים, אנו נוכל להביט לאחור ולהבין כמה רחוק אנו כארכיטקטים הגענו והבנו מה במוח האנושי מושפע מהסביבה, וכיצד הוא מגיב לסביבה ומכאן כנראה שנבין שיש ביכולתנו לתכנן חללים המביאים אנשים לכדי הגשמה עצמית מלאה וחיים איכותיים, ללא תלות בסוג המבנה והשימוש בו.[6]

תחום הארכיטקטורה עובר כרגע את תקופתו המשמעותית ביותר במאות האחרונות, כאשר גופי ידע אדירים וחיוניים מתחום מדעי המוח מתחילים להיות מיושמים בארכיטקטורה. הידע המבוסס יעזור למתכננים להציג בפני הלקוחות תכנון איכותי שביסודותיו  גופי ידע ממשיים ומדעיים. גישה תכנונית זו תעזור בקידום ההשקעה הכלכלית והכדאיות במה שעד היום אולי היה נראה כגחמה עיצובית. מדובר בתחום ידע שמביא מידע קשיח, יציב ואמין עליו ניתן לבסס מתודולוגיות עיצוב מצטיינות.

ארכיטקטורה, אדם וסביבה

שני מדענים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, שטרנברג (Strenberg) ווילסון (Wilson), פרסמו ב-2006 מאמר קצר בשם "מדעי המוח וארכיטקטורה: מחפשים מכנה משותף".[7] המאמר דן בעיקרו בשאלה כיצד ניתן ליישם ידע ממדעי המוח בעיצובם של מרחבים פיזיים. בנוסף מצוין כי ישנם שני זרמי מחקר עיקריים המתפצלים מהבסיס המתהווה שבין מדעי המוח וארכיטקטורה. זרם אחד מפלס את דרכו בניסיון להבין את מנגנוני ההכרה החושית וההשפעה של המרחב על האדם. הזרם השני מתמקד בניסיון למפות את היכולת המרחבית בנושאים כגון ניווט מרחבי והתמצאות. אחת מפריצות הדרך הראשונות, המהווה את הבסיס למחקרים רבים אחרים, נוגעת לנושא היכולות המרחביות של האדם והבסיס הנוירולוגי שלהן. נמצא כי לאזור ההיפוקמפוס במוח, יש תפקיד מכריע ביצירת זיכרון מרחבי, והוא גם מעורב ביכולות הניווט שלנו. ההיפוקמפוס מסייע ביצירת זיכרונות אישיים המקושרים לסביבה. אותה מערכת יחסים אינטימית בין זיכרון לתחושת המקום, מוצגת דרך המחקר על ההיפוקמפוס, ולהנחתם של שני החוקרים יתכן והזיכרון שלנו לאירועים תלוי במקום עם מאפיינים זכירים היוצרים ייחודיות ו'תחושת מקום' איכותית. במילים אחרות , נמצא כי יש קשר ישיר בין מקום מאופיין היטב ליכולות מרחביות מבוססות זיכרון. מקומות יכולים לגרום להיווצרות לחץ וחרדה ולזו השפעה שלילית מוכחת, לדוגמא תאורה גרועה גורמת לקושי בהבחנה של קצוות(של קירות או משטחים). היעדרותם של ציוני דרך והעדר סימנים חזותיים מספקים בשילוב עם ריבוי נתיבים לבחירה יכול לגרום לחרדה ולחץ.[8]

יכולות מרחביות הוא תחום מחקרי הקיים בו חומר רב. תפיסתנו את הסביבה וכיצד אנו פועלים באותה סביבה הם נושאים חשובים ואחת השאלות הבסיסיות היא: מה עוזר לנו לנווט ממקום אחד למקום אחר. בין הספרים הראשונים שנכתבו על הנושא, ניתן למצוא את ספרו של ג'ון אברהארד שמהווה כלי עזר ,המבוסס על תחום מדעי המוח. הספר סוקר טווח נרחב של נושאים: המוח והחוויה הארכיטקטונית, המערכת החישתית, רגשות והתנהגות בסביבה ארכיטקטונית, תפיסה ורה-קוגניציה של סביבתנו, זיכרון של מקומות ושל חללים, הכרה וארכיטקטורה, ולסיכום :מתודות ומודלים למחקר עתידי. הספר מכיל ידע בסיסי אודות פעילות המוח ומקשר את אותו ידע ליישום עקרונות בתכנון. אברהארד טוען כי בניין או עיר מעוצבים טוב יכולים להוביל את האדם כישות ביולוגית לקראת הוויה של הרמוניה תפקודית. מדבריו של ד"ר פרד גייג' (Gage), חוקר מוח ממכון סאלק שגילה את הנוירו גנטיקה בתחילת שנות התשעים:

כמדעני מוח, אנו מאמינים כי המוח הוא האיבר השולט בהתנהגות, וכי גנים שולטים בתוכניות העיצוב, ובמבנה המוח. אבל לסביבה היכולת לווסת את תפקוד הגנים, ולבסוף את מבנה המוח. שינויים בסביבה משנים את המוח ומכאן שיש להם האפשרות לשנות את התנהגותנו. מכאן המסקנה כי לעיצוב ארכיטקטוני ישנה האפשרות לעצב את מוחנו ואת התנהגותנו.[9]

בשנת 2009 פרסם אברהארד ספר שני בו הוא סוקר שאלות ותחומי מחקר עתידיים שיהיו מבוססים על מדעי המוח.[10] הסקירה מתבצעת דרך בחינה של סוגי מבנים שונים (בתי ספר, מוסדות רפואיים, מכוני מחקר וכן הלאה) והשאלות המחקריות המתבקשות. לאורך כל הספר ישנן היפותזות אודות הקשר בין ממצא מחקרי מסוים לתכנון ארכיטקטוני, והצעה למחקר עתידי. כראש המכון הלאומי למחקר, הספר הוא מעיין קטליזטור שמטרתו לעורר צימאון , וסקרנות להרחבת גוף הידע היישומי, האינטגרטיבי מתחומי מדעי המוח והארכיטקטורה. לדוגמא בתכנונם של מקומות חינוכיים ישנה חשיבות רבה על תאורת הפנים ואף מוצגות ההשפעות הקוגניטיביות שיש לעיצובים ותכנונים אחדים לעומת אחרים. מחקרים מתחומי מדעי ההתנהגות מוכיחים כי ילדים הלומדים בכיתות המוארות באור טבעי מצליחים יותר טוב במבחנים, אך אינם יודעים להסביר מדוע וכיצד משפיע האור על הלמידה. בכדי להבין את הסיבות הנוירולוגיות להצלחתם בלימודים, חשוב להבין את מערכת הראייה ואת אופני עיבוד וקליטת המידע החזותי במוח. לאחר ההבנה הזאת נוכל להבין כיצד עיצוב סצנות ארכיטקטוניות משפיע על כל אלה. נושא גדול וחשוב הוא הזיכרון של מקומות וחללים ולכך חשיבות רבה בתכנונם של מוסדות גריאטריים. חוליי אלצהיימר, לדוגמא, יתקשו מאוד להתמצא במקום שלא תוכנן מראש למאפיינים והמגבלות שמצבם הביא עליהם.

ארכיטקטורה והחושים

אברהארד מאזכר את ויטרוביוס (Vitruvios) אשר כתב את "עשרת הספרים אודות האדריכלות" בהם מגדיר האדריכל שלוש תכונות לארכיטקטורה טובה: יציבות, שימושיות, ויופי. [11]לטענתו למרות שחלפו אלפיים שנים מאז פרסום הספר, עדיין לא ממש מבינים איך ניתן לקיים את הנ"ל ,והתפיסה הרווחת כי ארכיטקטורה היא מעשה אסתטי, עדיין קיימת כתיאוריה תכנונית. [12]מתכננים (ארכיטקטים, מעצבים וכן הלאה) עדיין מנסים לספק תחושת יופי אסתטית דרך עין המשתמש או הלקוח ע"י הרמוניות, סימטריה, פרופורציות טובות, אבל אחרי הכול, ארכיטקטורה היא יותר מאסתטיקה.[13]

לארכיטקטורה תפקידים נוספים ורבים שקשורים לתקנות בטיחות, תנאי אקלים מקומיים, מיקרו אקלים בנייני ועד תפקידים קיומיים , בריאותיים, ופסיכולוגיים. ארכיטקטורה נושאת באחריות על אושרנו. מוצע לשים בצד לרגע את הדרישות הפיזיות של התכנון, נושאים שאנו כבר דיי מבינים בהם, ולפנות לתחום חדש ולגישה תכנונית מיודעת. ראשית כל חשוב להבין באופן בסיסי אך מלא את פעילות המוח, ומכאן ניתן יהיה לבסס גוף ידע מעמיק כיצד המוח מתייחס לסביבות ארכיטקטוניות. ישנה היסטוריה קצרה של השפעת מדעי המוח על ארכיטקטורה, לדוגמא בתכנון מחלקות פגים בבתי חולים, ועל הידע הרלוונטי של התפתחות המוח באותו שלב, מה אסור ומותר לעשות בסביבת הפגים מבחינה תכנונית (עד לרמת מערכות הכריזה- האסורות ואף פוגעות בהתפתחות הפג).

מדענים רבים יטענו שזה מיושן לדבר על "תודעת האדם" כעל משהו נפרד ממוח האדם. ההנחה הדואליסטית בדבר "התודעה החושבת" והחומר כשני דברים נפרדים קורסת. אם נרחיב אבחנה זו, העיניים אינם איבר ראייה המחובר לחוש הראייה במוח. העיניים הן נספח למערכת המוח כשם שהמערכת הלימבית היא חלק ממנו. במקום להיות ממוקמות ליד או בתוך אזור המוח, הן ממוקמות בשני חורים בגולגולת בקדמת הראש. הדבר נכון גם לכל רשתות העצבים הפרושות בגוף. מערכות העצבים אינן רק קולטנים המשדרים למוח, הם למעשה חלק בלתי נפרד מהתגלמות המוח. הנוירונים בבוהן הם חלק מהמוח באותה מידה כשם שהאונה הקדמית המאפשרת לנו לחשוב על אותה בוהן היא חלק מהמוח. המוח הוא הגוף בכל פעולותיו, והגוף הוא המוח בכל פעולותיו. [14]במשך השנים התהווה כיוון מחשבה ארכיטקטונית המערב אבסטרקציה ורציונליזציה. כיום נוירולוגים מזכירים לנו כי אותה קליפת מוח היא רק חלק קטן מהמערכת. והחלק המסוים האחראי על חשיבה רציונלית ואבסטרקטית הוא רק מרכיב ולכן אל לנו להיתפס לכיוון מחשבה זה, יש לזכור כי בגופנו קיימת מערכת נוירולוגית וביולוגית מורכבת. מערכת זו קולטת ומעבדת פעילות פיזיולוגית המתרחשת בתוך ומחוץ למוח על ידי פעילות סנסורית-אמוטיבית. אך מעבר לקליטה הפיזית של הסביבה יש להכליל בתכנון גם חוקים ספונטניים של מגע חוויתי עם העולם.[15]

תהליכי תכנון המבוססים על אסתטיקה, רציונליזציה, ואבסטרקציה לוקים בחסר, בעוד שהנוירולוגיה יכולה ללמד מתכננים לקח חשוב מאוד. ארכיטקטים יכולים לחבב את תהליך הרציונליזציה אך רוב האנשים תופסים בניינים באופן רגשי ודרך החושים.

בחירת מסלול החוויה הארכיטקטונית

מערכת הבחירה הקוגניטיבית הנוירולוגית  היא אחת מהיכולות המובחנות שלנו כבני אדם. מה גורם לנו לקבל החלטות כאלה או אחרות בכל הנוגע לניווט, בחירת נתיבים, העדפת סצנות והבחירה ברצפי חוויה אחדים על פני אחרים? אחד ההסברים משייך בחירות והעדפות לרגשות. הרגש כמרכיב יסודי במוח האנושי, כבר היה קיים במוח הזוחלים הקדמון, והוא מוגדר ע"י הפסיכולוג ג'וזף לדו (LeDoux) כ: "תהליך אשר בעזרתו המוח קובע או מחשב את ערכי הגירויים החיצוניים".[16]

הנחת היסוד המוטמעת בהגדרה זו היא אבולוציונית. המוח מעריך האם גירוי חיצוני מסוים יכול להוביל לסכנה או לארוחה באופן עקרוני. בעזרת מנגנון זה ממשיך תהליך תכנון הפעולה. המוח מרושת באופן בו מטרתו העיקרית היא לשמור על הומאוסטאזה ועל הישרדותנו. [17] התפתחות המוח לא נעצרה במערכת הלימבית או בגזע המוח, כעת ישנם עוד הרבה אזורים המעורבים בהחלטות לתנועה מרחבית. לדו מבחין בין רגשות לתחושות ומפריד לרגע את השניים לשם הדיון. רגשות הם הביטויים המוחצנים הראשוניים למצבים אפקטיביים הנראים גם לצופה מהצד (לדוגמא הבעות פנים). בעוד תחושות הן בפשטות הפרשנות של המוח למצב גירוי מסוים(לדוגמא: למיצובו המסוים של גופנו בחלל). בהגדרתו המובהקת לתחושה: "הרעיון של היות הגוף מצוי באופן מסוים, וזאת בתהליך תפיסתי מציאותי המתרחש באזורי 'מיפוי הגוף' במוח".[18]

הפקת רגשות במוח נחקרה על ידי הנוירולוג אנטוניו דימאסיו (Damasio) אשר בבסיס מחקרו עומדת העובדה כי רגשות גורמים לשינויים במצב ההומאו סטאטי של גופנו ובמבנה המוח התומך מחשבה.[19]אם כן, יתכן ויש קשר בין רגשות חיוביים הנובעים מחויות מרחביות חיוביות למצבנו הפיזי. דימאסיו ועמיתיו היו בין הראשונים שמצאו עקבות וביטויים נוירולוגיים לתחושות ורגשות, בעזרת טכנולוגיית דימות ברפואה גרעינית. רגשות לממצאיהם קודמים לתחושות, והם מופעלים באזורים רבים במוח, אין אתר אחד ויחיד במוח האחראי על הפקת רגשות. רגשות שונים עולים מתיאום פעולות בין אזורי מוח מגוונים. הקליפה הסומטוסנסורית היא המקום האחראי על ערנות גופנו. גם האינסולה המקבילה למערכת הלימבית אינה עוסקת רק ברגשות, אלא גם אחראית על ניטור ניסיון חושי. מערכת העצבים ההיקפית המעבירה מידע מישושי אינה מקושרת רק לקליפה הסומטוסנסורית (אשר בה מעובדת חישה מישושית). מערכת זו מקושרת לעוד אזורים במוח ביניהם גם האינסולה האחראית כאמור על הפקת רגשות וניטור ניסיון חושי. יחס קרוב בין רגשות לחושים המתבטא בשיתוף הרשמים הפיזיים המתקיים במוח כל עת. חשיבות בריאותו הרגשית של האדם היא עצומה ולעולם העיסוק בתחום חקר זה יהיה חשוב, במיוחד לארכיטקטים האמונים על תכנון הסביבה בה בני אדם שוכנים וחיים.

המוח בניגוד לדעה רווחת הוא ישות אוטונומית והוא מסוגל לייצר פעילות גם ללא מידע חיצוני. חלומות הם אולי ההתגלמות הכי חזקה של עובדה זו. היום ההבנה עד כמה המוח הוא איבר עצמאי רק מתעצמת. המודל הישן של המוח כמחשב או כמרכז לעיבוד מידע הלוקח מידע וגירויים באופן פסיבי מהסביבה דרך החושים הוא מוטעה ביסודו ונזנח זה מכבר. למוח היסטוריה אבולוציונית ארוכה ולאורך זאת רכש  יכולות וכישורים מיוחדים. המוח אינו מעבד את העולם בלבד, הוא למעשה מעמיד מול העולם את המודלים העצמיים שלו המייצגים את העולם כפי שהוא נבנה במוחו של האדם לאורך חיו מתוך ניסיונו האישי. המוח למעשה בודק ומאשרר את ההיפותזה של האדם על המציאות. פעולתו מבוססת מוטיבציה וסלקטיביות בכל מה שנוגע למפגשים התפיסתיים שלו עם העולם. מה שאינו מעניין את המוח או אינו דרוש לו, מסונן ואינו נקלט בו.[20]

המוח בוחר את המידע בהתאם לנסיבות חיינו ובניסיון לאשר את ההיפותזות שלנו על העולם. בהמשך לרעיון הבחירה חשוב להבין מהם המנגנונים והסיבות שהמוח יעדיף סצנות וסביבות פיזיות מסוג אחד על פני אחרות. האם אנו מעדיפים נוחות פיזית וחוויה אסתטית? בהנחה שאנו לא בורחים מטורף בניסיון הישרדותי או מחפשים מזון על עץ, מה מניע אותנו? במהלך תנועה חופשית מדוע נבחר ללכת לכיוון הנוף ולא לכיוון המסדרון. ישנה תיאוריה נוירולוגית אודות הקשר בין חיפוש אינפורמציה והנאה. תיאוריה החדשה מסבירה למה המוח משתוקק לאינפורמציה, וכיצד הוא מחפש אותה דרך החושים. החוש העיקרי היא מערכת הראייה. המוח יודע לקשור את השינוי במידע חזותי לשינוי מיקום הראש ואף לתנועה בחלל. באינטראקציה עם הסביבה המוח קולט סצנות רבות המכילות כמות מידע חושי עצומה. הסצנות הללו הן עיבוד מורכב מאוד של הסביבה, ותרגומה בכל האזורים הדרושים לייצוגים נוירולוגים. אותן נקודות מבט על העולם משמשות בני אדם כמידע ליצירת ייצוגים נוירולוגים של הסביבה המרחבית. מחקרים על יכולות עיבוד וייצוג המרחב מראים שישנו הבדל בין בני אדם המתבטא ביכולות הניווט שלהם. מחקר שנערך מצא כי חזרתיות נקודת מבט מסוימת משפיעה על יכולת ניווט מרחבית.[21]נבדקה השפעת חזרתיות נקודת מבט ומאפיינים פיזיים דומים על רמת הפעילות באזורי עיבוד סצנות במוח. השוואה עם יכולת הניווט של הנבדק העידה על קשר ישיר בין רמות הפעילות באזורים אלה ליכולות הניווט.[22] אותם מנווטים שהעידו על עצמם כמנווטים טובים עיבדו ייצוגים המבדילים בין סצנות חדשות לסצנות ישנות ובין מקומות חדשים למקומות ישנים. מנווטים שהעידו על עצמם כגרועים, לא הבדילו נוירולוגית בין ישן לחדש. התוצאות מלמדות כי ייצוגים קורטיקלים של סצנות מתפתחים לאורך זמן לכדי ייצוגים שאינם תלויי זוויות מבט, ושאיכות אותם ייצוגים משפיעה ישירות על יכולות הניווט.

מנגנונים פנימיים במוח, בעיקר במערכת הראייה גורמים לנו לעשות בחירות לא מודעות בכיוון המבט שלנו. הנחת היסוד שכל התהליכים הללו קשורים להנאה המופקת במוח מאינטראקציה עם ידע חדש המגיע דרך החושים מהסביבה. הטענה היא שאותה מערכת פועלת ברמה נמוכה בזמן חיפוש אחר מזון, הימלטות למחסה או בכלל בכל פעילות מוכוונת מטרה. ישנה מערכת ביולוגית במוח האחראית על ההשתוקקות למידע, מערכת זו מרושתת על בסיס הנאה מאופיואידים.[23] נמצא שישנם שלושה סוגי קולטנים הקולטים סוגי אופיואידים שונים. אותם קולטנים מפוזרים בהדרגתיות במערכת עיבוד המידע הוויזואלי. ככל שהמידע הוויזואלי מתקרב לדרגות עיבוד גבוהות יותר (באזורי מוח אחרים)מתרחשת קליטה רבה יותר של אופיואידים. אותם אזורים מכילים יותר קולטנים ולכן יספקו הנאה גדולה יותר ככל שנצליח לזהות את המידע החזותי. הקשר בין מה שאנו רואים לבין זיכרון אישי היא דרגת הזיהוי המספקת ביותר. זאת אותה תחושה מוכרת של 'אה-הא!' המלווה ברווחה. אזור המוח האחראי על אסוציאציות הוא הרווי ביותר בקולטני אופיואידים. הפרשנות האסוציאטיבית למידע החזותי שנקלט היא שיוצרת את תחושת ההנאה הגדולה ביותר. אחת ההיפותזות אומרת כי קצב שחרור האנדומורפינים (סוג של אופיואידים) במוח קובע חלקית את ההעדפה האנושית לחוויות חדשות העשירות בפרשנויות ואסוציאציות. בניסוי בו הוצגו תמונות שונות ולעיתים בחזרתיות, נבדקים דירגו את רמת ההנאה האישית שלהם המופקת מכל תמונה.[24] התמונות הוצגו מספר פעמים בכדי לדייק את ההוכחה שההנאה אינה מקרית, כאשר תוצאות הניסוי הופקו בעזרת חיבור הנבדקים למכונת דימות הדמיה מגנטית. [25]מסקנות הניסוי הראו כי סצנות שלא הפיקו הנאה רבה לנבדקים יצרו פעילות באזורי המוח שמעבירים מידע הלאה. אותן תמונות לא עירבו אזורים גבוהים של עיבוד המידע. עם כל חשיפה נוספת של התמונה ירדה רמת הפעילות באזורים הפרשניים הגבוהים ועמה רמת ההנאה מאופיואידים. המשותף לרוב התמונות שדורגו כמהנות ביותר הוא שהן הכילו נופים רחבים, סצנות שהעניקו נקודת מבט נסתרת (בה המתבונן יכול לתצפת על הנוף ממקום מקלט) וסצנות עם ניחוח מסתורי שיש בהן תחושה שמשהו עומד לקרות. באופן כללי סביבות טבעיות הועדפו על פני סביבות מעשה ידי אדם. ההיפותזה אודות הפקת הנאה מאופיואידים באזורים הגבוהים של מעטפת הפאראהיפוקמפוס אוששה שנית בשנת 2007. במחקר שפורסם נמצא כי ייתכן שפעילות באזור זה של המוח מעודדת בחירה ספונטנית של מידע חזותי בהתבסס על רמת ההנאה המופקת בזמן אמת.[26] נבדקים נחשפו לתצלומים שונים במטרה לבדוק ולכמת את השפעתם על אזורי המוח הידועים כמעורבים בעיבוד סצנות מרחביות. הניסוי כלל שלושה סוגי תצלומים: סצנות מלאות-תלת ממדיות ומציאותיות-מנקודת מבט גלובלית, תקריבים של תתי אזורים מאותה קטגוריית סצנות, ואובייקט יחיד המזוהה במיוחד עם אותה סצנה. כאמצעי בקרה הוכללו צילומים של פרצופים, בכדי לשלול את האפשרות שהמוח מעבד כל מידע חזותי באותו אופן. בעזרת שילוב פרצופים, שהם מידע חזותי מורכב אך נטול גאומטריה תלת ממדית מובחנת, נעשה בידוד של המרכיב התלת ממדי בניסוי. בהשוואת רמת פעילות המוח וכמות שחרור האופיואידים שנגרמה בהשפעת הצילומים נמצא שסצנות מלאות שהכילו בבירור את המבנה המרחבי התלת ממדי של הסביבה גרמו לפעילות גדולה יותר. פעילות זו למעשה מאפשרת עבור הנבדק הנאה רבה יותר. בחשיפה לתקריבים של תתי אזורי הסצנה רמת הפעילות ירדה. מכאן הממצאים קושרים את רמת ההנאה בקיומו של מידע תלת ממדי גיאומטרי של המרחב. הנאה גדולה יותר מופקת מחשיפה לסצנה מלאה תלת ממדית ופחות מחשיפה חלקית לאותה סצנה. רמת הפעילות הנמוכה ביותר נרשמה בתצפית על אובייקטים יחידים מתוך הסצנה. בהשוואה בין שני אזורי המוח האחראים על עיבוד מידע חזותי וסצנות תלת ממדיות, נמצא כי הפאראהיפוקמפוס מגיב בהדרגתיות להתגלות של סצנה תלת ממדית מלאה. עלייה הדרגתית ברמת הפעילות נרשמה מפעילות נמוכה בהמצאות אובייקט אחד, עד הפעילות הרבה ביותר בחשיפה לסצנה מלאה. המוח 'מתגמל' את עצמו באופיואידים ככל שהאדם נחשף לתמונה שלמה יותר של הסביבה. באזור נוסף במעטפת המוח האחורית הנמוכה נרשמה רמת פעילות גבוהה מסצנות מלאות, אך רמת הפעילות הייתה זהה למדי בנוגע לשאר הניסוי (תת אזור בסצנה, אובייקט מתוכה, ופרצופים). במעטפת המוח האחורית הנמוכה לא קיימת הדרגתיות ההנאה. אזור זה מראה פעילות מינורית בכל הנוגע לפרצופים, אובייקטים מתוך סצנה, ותתי אזורים. פעילותו קופצת מדרגה ברגע בו נחשפת הסצנה במלואה לרמות פעילות גבוהות כשל הפאראהיפוקמפוס. התוצאות מרמזות כי אזורים המעורבים בעיבוד סצנות רגישים במיוחד למבנה התלת ממדי הגיאומטרי שמבחין את הסצנה משאר טיפוסי הגירויים החזותיים המורכבים. [27] שני האזורים הנ"ל זוהו כפעילים במשך משימות ניווט וגם כפי שהוצג לעיל, במשך צפייה בגירויים חזותיים הרלוונטיים לניווט (סצנות סביבתיות וציוני דרך). מחקרים מראים ששני האזורים מבצעים תפקידים ייחודיים ומשלימים במשימות של ניווט מרחבי, כאשר הפאראהיפוקמפוס מעורב יותר בייצוג הסצנה הוויזואלית המקומית ומעטפת המוח האחורית הנמוכה אחראית על מיצוב הסצנה בהקשר מרחבי סביבתי רחב יותר.[28]

הישרדותנו הפיזית אינה המניע היחידי לפעולותינו המרחביות. ג'אאק פאנקספ (Panksepp) חוקר באופן שיטתי את רגשות האדם וטוען כי לרגשות האדם השפעה מכרעת על התנהגותו. [29]הגדרתו את הרגשות היא: "תהליך פסיכו-נוירולוגי המשפיע ושולט בעיקר על יצירת תבניות פעולה בעוצמות שונות, בזרם הדינמי והאינטנסיבי של המעברים ההתנהגותיים אצל החיות, אבל גם כלפי אובייקטים מסוימים ,תוך כדי נסיבות חשובות במיוחד להישרדות. " למעשה אם נשים את הדברים בהקשר לסביבות ארכיטקטוניות אפשר להתחיל להבין ולראות שיש לאותן סביבות פוטנציאל אדיר להשפעה שלילית או חיובית על רגשותינו. לרגשות תפקיד מרכזי באיכות חיינו ועל פי פאנקספ לסביבה יכולת לעצב את התנהגותנו באמצעות השפעה רגשית. סביבה יכולה לגרום לחץ וחרדה, בלבול, דיסאוריינטציה, קלסטרופוביה וכן הלאה. סביבה יכולה להיות חיובית בהשפעתה אם היא מאפשרת תנועה חופשית בה, היא קריאה, ברורה, נהירה, מהנה, מספקת את החושים, עוזרת לשמור על הומאוסטאזה, ולא מכבידה על המערכות הקרדיווסקולריות.[30] בכדי להבין כיצד רצוי לתכנן סביבות ארכיטקטוניות וסביבות נופיות, נבודד מספר רגשות אנושיים בסיסיים. פאנקספ שם את הדגש על מה שהוא מכנה "תחושות רגשיות ראשוניות" ובהן הוא מזהה שבעה אנדופנוטיפים: חיפוש, תאווה, דאגה, חרדה, זעם, פחד, ומשחק.[31]שניים מאלה, החיפוש  והמשחק, מאוד רלוונטיים לחוויה הארכיטקטונית. אלו הם כוחות מניעים בסיסים הגורמים לאדם לפעול בסביבתו. משחק היא התנהגות אינסטינקטיבית שיש לה כמה יתרונות. אצל ילדים צעירים משחק מהווה דרך קונסטרוקטיבית לתחרות חברותית העוזרת לפתח את האזורים במוח הדרושים בכדי לחוות אחווה סוציאלית. לעיתים המשחק הוא פיזי ועוזר בפיתוח איבריי הגוף הפנימיים ובחיזוק מערכת השרירים. אצל מבוגרים משחק משויך לרגשות של אושר ולשחרור של אנדורפינים מספקים. האספקט הביולוגי הכי חשוב הוא שמשחק מקדם צמיחה נוירולוגית והומאוסטאזה רגשית.חיפוש  והתחושות הקשורות אליו :סקרנות, תאווה, ציפייה, ועניין, נמנה עם אבני היסוד של טבע האדם. פאנקספ מבחין כי לתכונה זו יסודות ביולוגיים חיוניים מאוד:

מערכת יוצאת דופן זו מתווכת כל תאבון ותשוקה למצוא ולקצור את פירות העולם. אותה מערכת חיפוש מבוססת דופמינים מעוררת את כל דחפינו מונעי המטרה וציפיותינו להבין את תוחלת העולם החיובית. בכל הנוגע לגישה ולמגע עם העולם מערכת זו מאופיינת בחקרנות מאוזנת לחיוב ומתמידה בתנועתה קדימה [. . . ] וכל זאת בכדי להגדיל את יעילות ההתנהגות העתידית דרך היווצרותן של מפות קוגניטיביות, ציפיות, והרגלים מבניים. תוך תחושה מספקת של חיות סביבתית.[32]

התחושות שמתעוררות הן של חיוניות סביבתית, ושל מפגש בלתי אמצעי עם הסביבה. אלו הן תחושות חיוביות המעובדות במיוחד במערכת הלימבית וגזע המוח. חיפוש שמטרתו הביולוגית היא ייעול של התנהגותנו ההישרדותית תוך כדי היווצרות ייצוגים ברמת התאים הבודדים, יצירת ציפיות, למידה, והבניית מבני התנהגות חוזרים. החיפוש הוא מניע נוירולוגי של תהליכי למידה והוא אחד מהדרכים הראשוניות ביותר של המוח לשפר את היעילות הנוירולוגית שבו.

התמצאות וניווט

המוח בניגוד לדעה הרווחת אינו מכונת חישוב או מחשב. המוח הוא מבנה מורכב מביליונים רבים של נוירונים המחוברים ביניהם ויוצרים רשת מורכבת מאוד של קשרים ביולוגיים. ישנם מחקרים המראים כי בזכות צפיפות הרשת, אות חשמלי יכול להגיע מכל מקום במוח לכל מקום כאשר הוא אינו עובר יותר משבעה נוירונים.[33] המציאות מיוצגת במוח מחדש, דרך התבניות שנוצרות, כאשר תבניות אלו אינן קבועות ומתעצבות עם החיים. תהליך עיצוב זה הוא תוצרו של 'ניסיון' חיינו. המוח לא רק מעבד מידע חושי כגון, מגע, צבע, צורה, תנועה, ריח, וצליל, באופן מכני. באזוריו השונים של המוח ישנם נוירונים המגיבים אך ורק לגירויים מסוימים. ישנם נוירונים המגיבים רק לצבעים מסוימים, וישנם המגיבים לקווים אופקיים, ואילו אחרים לקויים אנכיים. הבניית עולמנו המנטלי הינה תהליך מורכב לאין שיעור. עולמנו המנטלי עובר הפרדה מורכבת ע"י המוח לפני שהוא לכאורה מתמזג עם מערכת הקליטה החושית. כל זאת תוך כמה מאות אלפיות השנייה. רודולפו ר. לינאס (Llinás) כתב "העובדה היא שאנחנו למעשה בבסיסו של דבר, מכונות חולמות, אשר בונות מודלים וירטואליים של העולם הממשי".[34]

במחקר שנערך בסוף שנות הארבעים של המאה ה-20 נתנו לחולדות לנווט במבוכים מסוגים שונים במטרה למצוא את האוכל שבקצה המבוך.[35] הניסוי האמתי החל לאחר מספר פעמים שהחולדה נעה בהצלחה במבוך אל עבר האוכל. החולדה מוקמה שוב במבוך רק שהפעם כל דפנות המבוך הוסרו ובכך כל הדרכים היו פתוחות מבחוץ. החולדה גילתה זאת ויצרה קיצורי דרך אל המטרה. בדרכה לא עברה את כל הדרך שכבר הכירה מהפעמים הקודמות אלא יצרה קיצור דרך חדש ולא מוכר המבוסס על הכרותה עם המבוך. המסקנות שעלו הן כי לחולדות מנגנון פנימי בעזרתו מיפו וזכרו את המרחב. מנגנון זה סייע לחולדה לתכנן קיצורי דרך. החוקרים כינו מנגנון זה בשם 'מפה קוגניטיבית'. בזמנו ההיפותזה הזו לא הוכחה כיוון שלא היו את האמצעים הטכנולוגיים שיאפשרו לבדוק פעילות מוחית בחיה ערה ופעילה בזמן אמת. רק בשנת 1959 הומצאה המיקרו אלקטרודה בעזרתה ניתן היה להתחבר לתא בודד במוח ולמדוד רמות פעילות בזמן שהחיה ערה ופעילה. אותה 'מפה קוגניטיבית' היוותה את הבסיס למחקרים רבים שהמשיכו להעמיק את הידע וההבנה אודות התהליכים הנוירולוגים המעורבים במשימות מרחביות. אזור המוח הנקרא היפוקמפוס אחראי על אחסון ואחזור מידע בנוגע למיקום האלוצנטרי בייצוג הסביבה.[36] ההיפוקמפי (איבר אחד בכל המיספרה) בשילוב מעטפת המוח המקיפה אותם מבצעים תפקיד חשוב של התמצאות מרחבית וניווט. הפאראהיפוקמפוס נחשב כחשוב לעיבוד מידע טופוגרפי. אחד הגילויים הראשונים של תאים בודדים במוח המעורבים בייצוגים של הסביבה המרחבית הוא גילוי 'תאי המקום' ב-1971.[37] תאים אלו הם נוירונים בתוך ההיפוקמפוס המגיבים חשמלית רק כאשר החולדה נמצאת בנקודות מסוימות בסביבתה הקרובה. בעזרת מיקרו אלקטרודה המחוברת לתא באזור ההיפוקמפוס של החולדה גילו שאותם תאים מגיבים באותות חשמליים רק שהחולדה נמצאת בנקודה מאוד ספציפית בסביבת המחקר (הקופסא) ובכך מהווים מעין אות נקודתי המסומן על ה'מפה' הגדולה יותר. באופן זה המוח יודע היכן ממוקם הגוף יחסית לסביבה הקרובה ובאופן יחסי למיקום המדויק שלו. תאים אלה פועלים כקבוצה וכך נוצרת במוח אוכלוסיית תאים המייצגת את סך המיקומים של החיה בסביבה המקומית (תמונה 1) סך הירי של תאי המקום מייצר את אותה 'מפה קוגניטיבית'. תאי המקום נמצאו כאחראים פוטנציאלים לאספקת מידע דינמי המתעדכן ברציפות אודות הסביבה האלוצנטרית ומיקום החיה במרחב (אגוצנטרי). כיום ישנן עובדות על הקשר הקיים בין תאי מקום וייצוג מרחבי, להיווצרות זיכרונות אודות הסביבה.[38] הוכח כי פגיעה בהיפוקמפוס גורמת לחוסר יכולת ללמוד סביבות, וביצועי חולדות עם פגיעה באזור זה לא השתפרו, בניגוד לחולדות ללא הפגיעה ששיפרו ביצועים.[39]

תמונה 1:

הקווים השחורים מסמנים את נתיב התנועה של החולדה. הנקודות האדומות מסמנות את המיקומים בהם תאי המקום הגיבו.

 

האם סימנים חיצוניים הם מרכיב הכרחי לפעילותם של תאי המקום? כיצד המוח יודע ליחס את המיקומים הרבים לסביבה הגדולה יותר? האם יש צורך ב'עוגנים' חיצוניים כמעין ציוני דרך? האם החולדה תצליח לזכור מיקום מרחבי מסוים בהעדרם של ציוני דרך? בניסוי שערכו בסביבה מחקר נטולת ציוני דרך, הוכנסה חולדה לסביבה הבדיקה כאשר היא מוצפת. מתחת לפני המים מוקמה רמפה נסתרת אותה החולדה לא ראתה. (תמונה 2) החולדה שוחה במרץ ומחפשת מקום מפלט מהמים עד אשר זו מוצאת את הרמפה המאפשרת לה לנוח. הניסוי בודק כמה פרמטרים, אך השאלה העיקרית היא האם החולדה תזכור את מיקום הרמפה לאחר ההצפה המחודשת של הסביבה גם בהעדר סימנים חיצוניים? הוכח כי לחולדה יכולת ללמוד את מיקום הרמפה גם כאשר יוציאו אותה מסביבת הבדיקה ויחזירו לאלתר.[40]

 

תמונה 2:

מבנה הניסוי.

 

במחקר נוסף נמצאו תאי מקום המגיבים ללא תלות בכיוון תנועת החולדה או מהירותה. תאים אלו מגיבים באופן רגולרי ויוצרים 'שדות מקום' דו ממדיים המפרטים את הסביבה המקומית.[41] שדות אלה הם ההוכחה ל'מפות הקוגניטיביות' שתוארו במחקרים של שנות הארבעים. שדות אלה נוצרים בתהליך חקירתה של סביבה חדשה ואינם קבועים בתגובתם כתאי המקום. שדות המקום מתייצבים לאחר מספר דקות אך במשך אותו זמן ייתכן וייעלמו.

ב-2005 קבוצה נורווגית של חוקרים ניסו לבדוק את תגובת התאים בסביבה גדולה יותר (על מסלול באורך 18 מטרים).[42] מכיוון שהסביבה הייתה גדולה יותר, היו יותר תגובות של התאים הנבדקים, מה שעזר להבחין בקיומו של גריד רגולרי המאפיין את סוג תאים זה(תמונה 3).

תמונה 3:

קווים שחורים לסימון מסלול התנועה של החולדה ונקודות אדומות במקומות בהם התאים הגיבו בתדרים גבוהים. האיור הצבעוני מראה את מיקום התגובה ביחס לקופסא בה נערך הניסוי. כחול מסמן פעילות אפסית ואדום פעילות מקסימלית.

 

אם נמתח קווים שיחברו את נקודות התגובה שיצרו את שדות המקום, נקבל מעין גריד משולש, שהזויות בין הקווים בו היא שישים מעלות. על כן נקראו תאים אלה 'תאי גריד'. כל גריד מאופיין ע"י המרווחים שבין השדות (תדירות התגובה של התא), והכיוון של צירי השדות. החשיבות בגילוי זה היא ההבדלה בין סוגי תאי המקום השונים הקיימים בהיפוקמפוס וסביבתו. החוקרים הוכיחו שאין תלות בין ציוני דרך חיצוניים לצורת הגריד. הצורה הרגולרית המשולשת שנוצרת מירי תאי הגריד מרמזת על הקשר של תאים אלא לחישובי מרחקים מטריים  וזאת כחלק ממערכת הניווט.[43] מאפיינים אלה דומים למפה המרחבית האלוצנטרית שהוצעה עשרים וחמש שנים קודם לכן.[44] בעזרת תאי הגריד המוח מסוגל לחשב מיקום עצמי במרחקים קצרים גם ללא ציוני דרך חיצוניים וכמו כן הוכח כי ניתן למצוא את דרכנו בסביבות ללא ציוני דרך חיצוניים.[45] השתנות מרווחי הגריד מהחלק האחורי של אזור זה במוח לחלק הקדמי מייצגת מרווחים גדולים יותר במציאות, מחמישים סנטימטרים בחלק האחורי לכמעט שלושה מטרים בחלקו הקדמי.[46]

האופן בו אנו מנווטים בסביבה נקרא 'אינטגרציית תוואי'. בתהליך זה משולבות מספר מערכות פיזיולוגיות ונוירולוגיות.[47] באופן כללי ישנם כמה מקורות מידע אשר האינטגרציה ביניהם מספקת תוואי דרך. המערכת הוסטיבולרית ובקרת המיקום של השרירים והמפרקים (פרויפרספציה) מספקות מידע בנוגע למיקומנו הפיזי במרחב.[48] מערכת זו מספקת למוח מידע רציף על תנועת הגוף והראש, ועל מיקומו של הגוף בחלל. ביחד עם מידע המגיע למערכת הנוירולוגית המורכבת מתאי מקום על סוגיהם השונים ולאחר מיפוי הסביבה אנו יודעים לאיזה כיוון אנו הולכים. 'תאי כיוון ראש' הם קבוצת תאים חשובה מאוד לניווט והתמצאות באזור מעטפת הפאראהיפוקמפוס המגיבים לכיוון ראש החולדה.[49] תאים אלו מגיבים כאשר ראש החולדה מופנה לכיוון מסוים בסביבה ביחס לציון דרך מקומי. בניסוי שהוכיח את קיום תאים אלו, ציון הדרך היה כרטיס לבן שהונח בתוך קופסת הניסוי. כל הכיוונים הקרדינליים נגזרו מאותו כרטיס לבן כנקודת ייחוס למוח. המוח מבחין בין כיווני הראש השונים המקודדים בעזרת קצב הירי (הרץ) של אותם תאים. קצב הירי מקודד את הכיוון היחסי של הראש לעומת ציון הדרך המקומי (הכרטיס הלבן). תאים אלה משרתים כמעיין מצפן למערכת התאים הכוללת שאחראית על ניווט והתמצאות.[50] את הגילוי של תאי כיוון הראש מסוג נוסף באזור מעטפת הפאראהיפוקמפוס מייחסים לסרגוליני ואחרים.[51] הם מצאו שישנו קשר בין תאי הגריד לתאי כיוון הראש בשכבת הביניים שבין שכבת תאי כיוון הראש לתאי הגריד. סוג תאים נוסף שהם שילוב של תאי כיוון ראש ותאי גריד ואלו הם 'תאים מקשרים'.[52] תאים אלה הם תאי כיוון ראש עם מאפייני תצורת ירי של תאי גריד. אלו למעשה תאי גריד מותנים בכיוון ראש החולדה. התאים מגיבים רק כאשר ראש החולדה מופנה לכיוון מסוים. ישנן עדויות לכך שהמערכת החזותית מבצעת תיקונים העוזרים לתאי כיוון הראש לדייק את תגובותיהם בזמן אמת.[53] תאים אלה לא מגיבים לשדות המגנטים של כדה"א אלא רק לכיוון הראש של החולדה ביחס לציון דרך חיצוני (הכרטיס הלבן בניסויים) ואף נמצא כי הם מגיבים גם בחשכה.[54] תפקוד התאים בחשכה מרמז על כך שהמערכת הוסטיבולרית מעדכנת אותם במידע

'תאי גבול' הם סוג תאים נוסף שנתגלה ב-2008 במעטפת ההיפוקמפוס. תאים אלה מסמנים גבולות גיאומטריים בסביבה (תמונה 4). תאי גבול יגיבו בירי מקביל או לעיתים בהסתה קלה מהגבול הסביבתי של שדה המקום המייצג את הסביבה. הגבולות מובחנים בעזרת המערכת החזותית וזאת ביחס למיקום במפה הנוירולוגית שיוצרים תאי המקום והגריד. כל זאת ביחס לכיוון הניווט הנוכחי. כמו תאי כיוון הראש גם תאים אלה מחולקים תפקודית להגיב לכיוונים שונים של המצאות פרמטר ההפעלה שלהם (גבול גיאומטרי). תאי הגבול מגיבים לגבול הנמצא משמאל לחולדה בעזרת קבוצת תאים מסוימת, ואם נציב גבול מימין לחולדה ,התאים שמגיבים לגבולות משמאל – לא יגיבו (תמונה 5). אם נזיז את מיקום ציון הדרך החיצוני (נעביר את הכרטיס הלבן לדופן אחרת של הקופסא) אז נקודת הייחוס של החולדה תשתנה לאט, עד אשר התאים יגיבו בהתאם לנקודת הייחוס החדשה. הוכח כי תאי הגבול מגיבים לגבולות גיאומטריים ולא לתוכן הסביבה. כמו כן הוכח כי הגבולות הגיאומטריים יכולים להיות עגולים וישרים (החולדות נבדקו בקופסא עגולה ומרובעת  ותגובת התאים הייתה זהה, תמונה 6). החוקרים בדקו האם התאים מגיבים לא רק לקירות, שהם גבול גיאומטרי חזותי פיזי מובהק, לשם כך הם הסירו את קירות קופסת הניסוי והשאירו את החולדה על משטח חשוף מכל עבריו בגובה שישים סנטימטרים מעל הקרקע. תגובת תאי הגבול לצניחה זו במפלס הייתה דומה בתגובתם לקירות. החולדה זיהתה את קצה המשטח כגבול גיאומטרי (תמונה 8,7).[55]

תמונה 4:

(A) הנקודה האדומה מסמנת את מיקום התא הנבדק במוח. (B) שדות התגובה של שלושה תאים מאזור הנקודה האדומה שנדגמו למשך זמן של 30 דקות כאשר החולדה רצה בחופשיות בסביבה מעגלית. שלושת העיגולים השמאליים מראים בקווים שחורים את מסלול התנועה של החולדה ובנקודות אדומות את התגובות הגבוהות של התאים (הרץ גבוהה). העיגולים במרכז מראים בכחול פעילות תגובה נמוכה ובאדום גבוה. העיגולים לימין הם חפיפה של 30 דקות הבדיקה עם סימון צבעים כמו העיגולים במרכז (כחול פעילות נמוכה- אדום גבוהה).

 

תמונה 5:

החץ מסמן את כיוון ראש החולדה כפי שהוא נקלט בתאי כיוון הראש. הכרטיס הלבן הוא נקודת הייחוס. הגרף מימין לחולדה ומעל החץ הלבן ממחיש את רמת הפעילות החשמלית של התא ביחס לכיוון הראש. משמאל רואים דיאגרמה שממחישה את קצב הירי של התא כפונקציה של כיוון הראש.[56]

 

תמונה 6:

דיאגרמות של פעילות תאי הגבול. בחלק העליון של התמונה רואים תאים שמגיבים לגבולות מימין לנקודת הייחוס. ניתן לראות כי גם אם משנים את הפרופורציות הגאומטריות של הסביבה (מאריכים ב-X או ב-Y ) תגובת התא ממשיכה. בחלק התחתון של התמונה נראים תאים המגיבים לגבולות משמאל לנקודת הייחוס, נראה כי הוספת קיר למרכז הסביבה גורמת להפעלת תאי הגבול, אבל כיוון שזהו תא שמגיב לכיוון שמאל ניתן לראות שתגובתו לקיר היא רק לדופן השמאלית שלו.

 

תמונה 7:

משמאל רואים את אזור המוח ממנו נבדקו התאים. בימין רואים בקווים שחורים ונקודות אדומות –את מסלול החולדה ואת הנקודות בהן התאים ירו. מימין דיאגרמה צבעונית הממחישה רמות ירי – כחול לרמות ירי נמוכות ואדום לגבוהות. הריבועים עם הנקודות האדומות הם המיקומים בהם התא ירה (בתצורת גריד) בסביבת הניסוי (אדום ירי גבוה- ירוק ירי נמוך). ובקצה הימני ביותר של התמונה רואים את כיוון כראש ואת ירי התא כפונקציה של כיוון הראש.

תמונה 8:

ארבע סוגי סביבות (A,B,C,D) . (A) שינוי פרופורציות הסביבה. (B) הוספת קיר (גבול) במרכז הסביבה. (C) הסרה של קירות הקופסא. (D) בדיקה שנערכה בחדרים אחרים מאשר (A) עד (C). בקצה העליון הימני של כל דיאגרמה מופיע רמת ההרץ של תגובת התאים.

 

כושר התמצאות

אנשים המדווחים על עצמם כבעלי כושר התמצאות נמוך למעשה מבצעים אינטגרציית תוואי באופן פחות טוב מאלו המעידים על עצמם כבעלי כושר התמצאות מעולה. חוקרים בדקו בעזרת מכשיר הדמיה מגנטית כיצד מוצאים הנבדקים את דרכם בסביבת עיר ווירטואלית. לאחר מכן בדקו כיצד הם עוקבים אחר דרך מוכרת בעיר הווירטואלית אותה למדו היטב. כאמצעי בקרה בניסוי התבצע ניווט כאשר הנבדקים עקבו אחרי תוואי דרך גלוי לעיניהם. מציאת דרך מדויקת הפעילה את ההיפוקמפוס הימני אחורי. בין הנבדקים שהראו כישורי ניווט טובים (אלו שמצאו את הדרך במדויק) הפעילו את ההיפוקמפוס הקדמי בזמן מציאת דרך ואת האזור האחורי בזמן ניווט עם מסלול.[57] מתוך עשרים נבדקים שניווטו את דרכם במוזיאון וירטואלי נמצא כי בזמן למידת המסלול הפאראהיפוקמפוס מגיב לרלוונטיות של ציוני דרך. תגובתו מאוד סלקטיבית ובאופן אוטומטי מבחינה בין אובייקטים חשובים לניווט וכאלה שאינם. הבחנה זו מתרחשת ללא קשר לתשומת לב הנבדק לאובייקט כזה או אחר.[58] לפאראהיפוקמפוס שותפות ביצירת אסוציאציה בין אובייקט למקום (המוח יודע לקלוט אובייקטים באופן מיוחד ושונה מהאופן בו הוא קולט ומעבד סביבות). אזור זו אחראי גם על הקלטת פרטי סצנות ופריסות מרחביות.[59]אם נבקש מאדם עם כושר התמצאות נמוך ללכת בקו ישר, תיאורטית יתכן שלאחר מרחק גדול הוא יחל ללכת במעגלים וזאת בשל העדר ציוני דרך וגיאומטריה סביבתית מובהקת (מדבר הוא דוגמא לסביבה כזו).[60] יש הזקוקים ליותר ציוני דרך מאופיינים מאחרים בכדי לבצע את אותה משימת ניווט. מחקר שבדק האם יש הבדלים ביכולת להעריך תוואי דרך ישרים בין נקודות בעיר וירטואלית אותה עברו מספר פעמים מצא שאכן נבדקים אחדים הצליחו יותר מאחרים. מספר נבדקים הצליח ליצור לעצמם נתיבים ישרים לאחר מספר קטן מאוד של ניווטים בסביבה, לעומת אחרים שהלכו באותה סביבה מספר רב יותר של פעמים ועדיין לא הצליחו למצוא את הנתיב הישר בין שתי נקודות. אין בהכרח בניסיון הנרכש אודות סביבה להעיד על יכולת ניווט טובה. ההבדלים המגדריים ביכולת הניווט מצביעה כי לזכרים יתרון ברור במבוכים וירטואליים ובלמידה מרחבית מתוך ניסיון ממש. למרות שחלק גדול מהניסויים נערכים בסביבה וירטואלית, התוצאות נשמרות גם כאשר מבצעים אותם בסביבות מוחשיות. היתרון לזכרים אינו נשמר בכל המשימות ולא בקנה מידה סביבתי. ביצועי ניווט מוצלחים יותר של זכרים מתרחשים כאשר ישנה למידה של הפריסה המרחבית דרך ניסיון ישיר, אבל לא בלמידה ממפות. יתרונם של הגברים גם ניכר ביכולת לנווט על בסיס תסקיר סביבה (סקירת הסביבה פיזית מתוך ניסיון) ולא דרך ידע אודות תוואי דרך כלשהו (מפות גרפיות או הסברים). ישנם מחקרים המראים את השפעתם הרבה של הורמוני מין על יכולות ניווט. ביצועי הנשים משתנים ביחס לשינויים הורמונליים, נשים בתחילת המחזור החודשי יכולות לנווט טוב כמו גברים כיוון שיש בגופן רמות אסטרוגן נמוכות. כמו כן ישנן תיאוריות אבולוציוניות המנסות להסביר את ההבדלים ויש הטוענים כי חרדת איבוד דרך משפיעה על יכולות ההתמצאות והניווט.[61]ישנם הבדלים איכותניים בין סימני המקום והאסטרטגיות הדרושות לניווט אצל נשים וגברים. נשים לרוב ידווחו על שיטות ניווט מבוססות ציוני דרך מקומיים ונתיבים מוכרים. נשים דורשות יותר ציוני דרך בכדי להישאר במצב של התמצאות, זיכרון אודות מיקומם של אובייקטים היא יכולת שמבוצעת טוב יותר אצל נשים, יכולת זו תלויה בסוג האובייקט ובאם מעורבת בתהליך זה תנועה.[62] גברים מדווחים על ניווט בעזרת כיוונים קרדינלים (צפון-דרום-מזרח-מערב), גיאומטריה סביבתית, ומרחקים מטרים. למרות שנשים אינם נבדלות מגברים בתלותן או ביכולת לנווט ע"פ ציוני דרך, הן תלויות פחות בגיאומטריה כאשר יש להן הצורך להתמצא מחדש בסביבה. באופן יחסי הן מוגבלות ביכולתן למצוא מטרה בהתבסס על כיוונים קרדינלים ומידות מטריות.

במחקר שבדק את השפעת שינוי מפלס על יכולתם של נבדקים לציין מיקום יחסי של מטרה רחוקה, נמצא כי מעבר בין מפלסים המתבצע בעזרת מדרגות גורם לבעיות.[63] סוג זה של מעבר מפלסי משפיע על התמצאות. הנבדקים היו עשרים ואחד גברים ועשרים ושלוש נשים שנתבקשו לעלות בגרמי מדרגות ששינו את זוויות העלייה. תוך כדי העלייה החוקרים השתמשו במכשיר למדידת זוויות בכדי לשאול את הנבדקים על מיקומה של מטרה רחוקה (תמונה 9).

 

תמונה 9:

גרמי המדרגות ששימשו את החוקרים.

 

התוצאות הראו כי בהתמצאות אופקית אין הבדלים בין גברים לנשים. באזור המדרגות הרגולרי בין המיקום הראשון  לשני נראה שיפור ביחס ליכולת ההתמצאות גם אצל גברים וגם אצל נשים. לעומת זאת בחלק האי-רגולרי בין המיקום השני לשלישי נמצאה ירידה חדה ביכולת התמצאות. כאשר נדרשו הנבדקים לציין מיקום ורטיקלי לא נמצאו הבדלים מגדריים גדולים, ויותר מכך, התוצאות מראות שהטעויות אינן שייכות לשימוש בגרם המדרגות הרגולרי או האי רגולרי. רוב הנבדקים התקשו לציין באיזה מפלס הם נמצאים כאשר השתמשו במדרגות האי רגולריות. ההמלצות שמובאות במחקר הן לעצב מעברי מפלסים רגולריים, אבל לא אחידים חזותית. אחידות יכולה לג רום לעמימות שמקורה בדמיון חזותי בין מקומות שונים ואיבוד יכולת ההתמצאות.[64]

במחקר בו בדקו כיצד חולדות חוקרות שני מנגנונים עם ממד אנכי: קיר טיפוס, ורמפה ספירלית, נמצא כי שדות המקום שנוצרו ע"י תאי המקום ותאי הגריד הגיבו נורמלית למאפיינים אופקיים. בכל הנוגע לאנכיות הם הגיבו בהתארכות לגובה ויצרו רצועות. נראה שמצב אנכי  זה (כל עוד החולדה עצמה אופקית) פגם או אף העלים לגמרי את היכולת האודומטרית (מדידת מרחקים) של תאי הגריד. אובדן יכולת זו גרם לבעיות בביצוע אינטגרציית-תוואי. ממצאים אלו מרמזים כי עיבוד חלל תלת ממדי אצל יונקים מקבל ערכים שונים כשהוא נמדד בכיוונים שונים.[65] כאשר בודקים את מבנה תאי הגריד בנוגע לסביבות רב מפלסיות, נמצא כי שדות המקום נערמים זה על גבי זה ביצירת מעיין עמודי מקום. ישנה עדות לכך שתאי הגריד אינם מעבדים מידע תלת ממדי הדרוש לעיבוד שינוי מפלסים.[66]

בשלבי החיים המאוחרים ישנה יכולת פחותה להתמצאות וניווט. בניסוי ניווט שנערך בין קבוצה של מבוגרים בריאים, מבוגרים בעלי בעיות בתפישת המציאות, אל מול קבוצות ביקורת של צעירים. הנבדקים ביצעו משימות ניווט בבית חולים שמרחביו מוכרים להם. נמצא כי גם המבוגרים הבריאים וגם החולים, תפקדו פחות טוב מקבוצת הצעירים. יתר על כן גם בתוך קבוצת המבוגרים הבריאה היו שמצאו את דרכם ביעילות והיו שאיבדו לחלוטין תחושת התמצאות. במחקרים אודות הגורמים לבעיות אלה נמצא ששינויים בזיכרון המרחבי נגרמים בעקבות ירידה בתפקודי המערכות הסנסוריות. היכולת לעבד תנועה בהתבסס על מידע חזותי פוחתת עם השנים. מחקרים שנעשו על קופים מזדקנים, הוכיחו את הימצאותם של קשיים בהפקת מהירות התנועה בהתבסס על זרימה אופטית של מידע חזותי. בעיה זו פוגמת ביכולת לקיים תהליך של אינטגרציית-תוואי, וביכולת לעדכן את הייצוגים המרחביים. עיבוד המידע בהיפוקמפוס של חולדות מזדקנות הראה תפקוד דומה לזה של הצעירות בכל הנוגע לתבניות הירי של  תאי המקום. ההבדל המהותי הוא כי אצל החולדות המזדקנות היה לעיתים כשל בעיבוד ועדכון שינויים בסביבה. נמצא כשל ביצירת ייצוגים נוירולוגיים חדשים (תאי מקום, תאי גריד וכו') לסביבות חדשות. הסברה היא כי ייתכן וכשל זה קשור להאטת התחדשות תאים בהיפוקמפוס (אזור בו ממשיכים להיווצר נוירונים גם בשלבי החיים המאוחרים).[67] תאי המקום מגיבים באופן שונה בחשיפה חוזרת לאותו גירוי מה שמצביע על כשלים סינפטיים ביצירת אסוציאציה בין אובייקט או ציון דרך למיקומו המרחבי.[68]

מסקנות

נתיבים ישרים וישירים עדיפים על פני נתיבים המכילים הרבה שינויי כיוון. בהמלצה זו פוטנציאל לקונפליקט בין אסתטיקה ומציאת דרך. מעבר נוח להתמצאות וניווט יהיה רציף ונראה מכל נקודות הגישה אליו. קיימת אפשרות שתכנון ועיצוב אותו חלל יוביל למצב אסתטי חד גוני ועמום. במקרה כזה יתכן ויתעורר רצון לגוון את החלל ביצירת חללי משנה קטנים ומבואות אקראיות. תכנון זה יניב תוצאה אסתטית מספקת, אך יפגע ביכולת ההתמצאות. יש לוודא קווי מבט נקיים בין חללי הכניסה לבין חללי מפתח אחרים כגון: מבואת הכניסה והחיבור לאמצעי הסירקולציה האנכיים (מדרגות, מעליות, מעלונים, דרגנועים וכו'). חשיבותם של קווים אלה מכרעת ויש לוודא את קיומם בתוכניות. כאשר אין בררה ויש ליצור שינוי כיוון בתנועה, עדיף לעשות זאת בזויות קהות. סיבובים בזויות חדות מתשעים מעלות יכולים לגרום לבעיות התמצאות חמורות. יש להימנע ככל הניתן משינויים מרחביים מהותיים בין המפלסים השונים. משתמשים יניחו כי פריסות המפלסים אנלוגיות באופן כלשהו וסטייה ניכרת מדמיון בין מפלסי תגרום לבלבול. בניווט במרחבים פתוחים יש צורך באלמנטים חזותיים בלתי משתנים כגון: האופק, מיקום השמש, שיפוע הקרקע, או ציוני דרך רחוקים כמו הרים אשר יכולים לספק אמצעי בקרת מיקום מעולים.[69] בסביבת פנים ציוני דרך קבועים יכולים להיות קווי מבט קבועים לנופים חיצוניים, לחללי מבואה, או למאפיינים ארכיטקטוניים בולטים. מבואת הכניסה לדוגמא, יכולה לשמש כקיצור דרך להפקת תסקיר סביבה. מבואות אלה מספקות מבט למפלסים אחרים אשר באופן אחר היה בלתי זמין. יש להימנע מסיבוך יתר של התכנון. משתמשי הבניין יכולים לאבד את דרכם או לאבד את תחושת המיקום שלהם בגלל מקומות שנושאים דימון חזותי גדול ברמה המקומית למקומות אחרים באותו בניין. בכדי להבדיל מקומות זה מזה יש להעדיף ארכיטקטורה על עיצוב פנים. עיצוב פנים שאינו ארכיטקטוני ניתן לשינוי עתידי על המשתמשים אשר אינם מודעים לחשיבות התכנון המקורי (צבע, סוגי משטחים וחיפויים. את כל אלה ניתן להחליף), בעוד שהשימוש באלמנטים ארכיטקטוניים שאינם ניתנים לשינוי בקלות עדיפים. מומלץ למקם אלמנטים חזותיים בנקודות מכריעות על תוואי הדרך. כמו כן כדאי שנקודות אלו יהיו חשופות למבט מכיוונים רבים ואף ממפלסים שונים.[70] אופי ההתנהגות של האדם בסביבה משפיע על רגשותיו ולזו פוטנציאל לעצב את מוחו של אדם, המשפיע על גופו ועל תחושותיו.[71] מכאן שעל מתכנן סביבות חיים מוטלת אחריות לאיכות חיו של אדם אחר. אנחנו מעצבים סביבות חיים (בין אם זה בניין ובין אם זו עיר) שבאחריותנו צריכות להיות בריאות, כפי שג'ון אברהארד כותב "להוביל את האדם כישות ביולוגית לקראת הוויה של הרמוניה פונקציונלית".[72]