עיבוד מלמטה-למעלה ומלמעלה-למטה

עיבוד מלמעלה-למטה ומלמטה-למעלה (באנגלית: Top-down and Bottom-up processing) מתייחס לשתי דרכים של עיבוד מידע קוגניטיבי, המעורבים בתהליכים בתהליכי עבוד מידע שונים. למשל, בהקשר של עיבוד מידע הנוגע לתהליכים תפיסתיים של זיהוי והיכר, הכיוון "למעלה" מתייחס למוח, שנמצא במערכת העצבים המרכזית, בעוד שהכיוון "למטה" מתייחס למערכת החישה, אשר מחוברת למוח באמצעות מערכת העצבים ההיקפית. תהליך עיבוד המידע של מערכת העצבים יכול להיות מושפע הן מתהליכים מסוג מלמטה-למעלה והן מתהליכים מסוג מלמעלה-למטה.האיזון בין שני תהליכים אלו מאפשר לאדם לתפוס את העולם ולחוות אותו, בדרך שמאפשרת לו להתאים את עצמו בצורה מיטבית לסביבה הפיזית והחברתית שבה הוא חי, עם זאת תהליכי עבוד אלו קיימים גם בחיות מפותחות אחרות ולא רק בבני אדם. עיבוד מלמטה-למעלה (Bottom-up) כולל את פעולות קליטת המידע החושי מן הסביבה ושיגור נתונים אלו לעיבוד במוח. כלומר, תהליך זה עוסק בהמרת מאפיינים מוחשיים ופיזיקליים הנקלטים בחושים לייצוגים מופשטים. לכן הוא מכונה גם עיבוד שמקורו בנתונים. אחד הגורמים המשפיעים על אופן הפניית הקשב לסביבה מכונה לכידה שמקורה בגירוי. זהו מצב שבו מאפיינים של הגירויים עצמם לוכדים את הקשב של האדם בצורה אוטומטית, ללא קשר למטרותיו. תהליכים מלמטה-למעלה משקפים את האופן שבו מאפיינים בולטים של גירויים בסביבתנו (כמו למשל: בהירות, תנועה, גודל וכו), יכולים למשוך את תשומת ליבנו ולהשפיע על העיבוד החושי. לדוגמה: באיור ניתן לראות שהעיגול בעל הקצוות החדים בולט הרבה יותר מהעיגולים בעלי הקצוות הרכים המקיפים אותו. זאת משום שגירויים בעלי מאפיינים ייחודיים נוטים לבלוט בסביבה ולמשוך את תשומת הלב שלנו בתהליכי מטה-מעלה. תופעה זו מכונה Pop-out. עיבוד מלמעלה-למטה (Top-down) מנצל מידע קיים לצורך הזיהוי התפיסתי. תהליך זה מתייחס לאופן שבו תהליכים מנטליים גבוהים משפיעים על הדרך שבה אנשים מבינים עצמים ומאורעות. כלומר, עיבוד מעלה מטה מתרחש כאשר הציפיות שלנו משפיעות על התפיסה. ציפיות אלו יכולות להתבסס על ניסיון העבר, הידע, המוטיבציה, הרקע התרבותי ותפיסות העולם שלנו. לכן הוא מכונה גם עיבוד שמקורו במושגים (או השערות). האדם מוקף בכמות עצומה של גירויים בכל רגע נתון, אך הוא יכול למקד את הקשב רק במקצת מהגירויים האלה. תהליכי ויסות מעלה-מטה מוודאים שזרימת המידע תכוון בהתאם למטרה הנוכחית של האדם, על ידי דיכוי תהליכי עיבוד מידע שאינם רלוונטיים. באופן זה תהלכי מעלה-מטה הם אלו אשר מאפשרים בחירה מכוונת-מטרה של מוקד תשומת הלב. כלומר, את היכולת של האדם לבחור את העצמים, המאפיינים או המקומות בסביבתו שבהם ימוקדו משאבי הקשב. עם זאת, יכולת ויסות הקשב על ידי מערכות מלמעלה-למטה מוגבלת בקיבולת שלה, כפי שיוצג בפרק הבא. איורי-החידה Droodles של רוג'ר פרייס יכולים להמחיש היטב את חשיבותו של העיבוד מלמעלה-למטה. לדוגמה, הסתכלו באיורים הבאים ונסו להבין מה הם מציגים. איור א' איור ב' איור ג' ללא כותרת האיורים האלו חסרי משמעות, אך ניתן לזהות אותם בקלות ברגע שניתן להם שם. נסו להבין את הציורים אחרי שקראתם את התיאורים הבאים: איור א' - צוואר של ג'ירפה, איור ב' - כפותיו של דוב שמטפס על עץ מהצד המנוגד לצופה, איור ג' - ארבעה מקסיקנים עם סומבררו בדלת מסתובבת. זיהוי האובייקטים המוצגים בכל תמונה על בסיס הידע שהופק מהתיאורים שלהן מתאפשר הודות לתהליכי עיבוד מלמעלה-למטה. ההקשר (קוֹנְטֶקְסְט), הזמן והמרחב שבו מזהים עצמים מספק מידע חשוב שיוצר צפיות אודות העצמים שאנו עשויים לקלוט בסביבתינו הקרובה. פן נוסף של התפיסה מלמעלה-למטה הוא האופן שבו הקשרים וציפיות יכולים להשפיע על ההשערות שלנו על העולם. לדוגמה, נסו להבין מה אתם רואים באיור הבא: איור ד' ללא הקשר, איור ד' יכול להראות כאוסף כתמים חסר משמעות. למעשה ניתן לראות בו כלב דלמטי המרחרח סביב עץ בחצר, כאשר אפו של הכלב נמצא במרכז האיור. נסו להביט בו שוב כאשר אתם כבר מודעים להקשר - האם הציפייה המקדימה עזרה לכם לאתר את הדמות בתמונה? משום שהזיהוי התפיסתי תלוי הן בציפיות והן בתכונות הפיזיקליות של העצמים שאנו קולטים, הוא עלול להשתנות על פי הקשר. למשל, נסו לקרוא את המילים האלו איור ה' התבוננו שוב באות האמצעית בכל מילה. אם פירשתם את המילים באיור ה' כצמד "THE CAT" סביר להניח שתפסת את האות הראשונה כ - H ואת השנייה כ - A. במבט שני תוכלו לראות שמדובר באותה הצורה בשני המקרים. מכאן ניתן להניח שהתפיסה שלכם הושפעה מהידע שלכם אודות מערכת הכתב האנגלית. דוגמה נוספת לעיבוד מלמעלה-למטה היא תופעת השחזור הפונטי, המאפשרת לנו להשלים חלקי מילים ופונמות חסרות כשאנחנו מנהלים שיחה בסביבה רועשת. זיכרון העבודה מאחסן מידע המופנה לעיבוד ומשמש לביצוע פעולות קוגניטיביות. ניתן להתייחס לזיכרון העבודה כאל תהליך מנטלי פעיל, שבו גירויים או ייצוגים פנימיים מאוחסנים בצורה מקוונת נגישה וזמינה "on-line", כדי למנוע דעיכה זמנית או פלישה של מסיחים או גירויים מתחרים הנמצאים מחוץ למוקד הקשב הנוכחי. באופן זה, זיכרון העבודה מאפשר לאדם להחזיק מידע במודעות ולהשתמש בו כדי להנחות את אופן הפעולה שלו. עם זאת, לזיכרון העבודה יש קיבולת מוגבלת והוא יכול להכין רק כמות קטנה של מידע ברגע נתון. אצל מרבית בני האדם זיכרון העבודה יכול להכיל כשבע יחידות מידע, כאשר הקשב הוא אחד הגורמים המשפיעים בצורה משמעותית על קיבולת זו. זהו למעשה צוואר הבקבוק של החשיבה האנושית. בעקבות זאת, חוטי מחשבה המונחים על ידי גורמים פנימיים וחיצוניים מתחרים ללא הרף על מקומם במרחב העבודה הגלובלי, אשר מייצג את החשיבה המודעת המתרחשת באמצעות זיכרון העבודה. זו הסיבה לכך שנדידת מחשבות עלולה לפגוע בביצוע של משימה, באופן דומה לגירויים מסיחים מהסביבה החיצונית. הקושי האנושי לעסוק בבעיות המורכבות ממספר גדול של משתנים נובע ממגבלת הקיבולת של זיכרון העבודה. באופן דומה, יכולת העיבוד המוגבלת של מערכת התפיסה, מציבה בעיה חישובית מורכבת עבור בני אדם ואורגניזמים אחרים. כדי להתמודד עם מגבלה זו יש לווסת בקפדנות את שטף המידע המגיע מהקלט החושי למודעות. לא רק זאת, אלא ישנם מקרים שבהם עולה הצורך למזער ככל הניתן את המידע המגיע מהסביבה החיצונית. אחת הסיבות לכך היא פינוי מקום למחשבות פנימיות. היכולת של האדם ליצור ולשמר חוט מחשבה פנימי ללא תלות במציאות החיצונית, משחררת אותו מהמגבלות של תגובה לאירועים סביבתיים מידיים בלבד. יכולת זו מתבססת על שיתוף פעולה בין מידע אוטוביוגרפי שמספקת רשת ברירת המחדל, לבין רשתות ויסות פרונטו-פריאטליות שמסייעות לשמור על חוט המחשבה הפנימי מפני הסחות דעת מהעולם החיצוני. באופן כללי, האדם יכול להפנות (או לא להפנות) את דעתו לעצם מסוים, קו מחשבה או ביצוע של פעולה מוטורית. תהליכי העיבוד מלמטה-למעלה ומלמעלה-למטה, מאפשרים לאדם להשקיע את משאבי הקשב שלו בצורה המיטבית עבור הנסיבות הנוכחיות, מתוך הישענות על ניסיון העבר. קליפת המוח הקדם-מצחית מקבלת מידע של מטה-מעלה "bottom-up" מהמערכות החושיות של המוח ומספקת ויסות של מעלה-מטה "top-down" על הקורטקס החושי, כדי לשלוף מידע שמאוכסן בזיכרון וכדי להנחות את העיבוד של המידע החושי. היא משמשת כמרכז השליטה הקוגניטיבית ומאפשרת להפנות את הקשב לאירועים שרלוונטיים להתנהגות. המערכות של קליפת המוח הקדם-מצחית יכולות לייצג מידע גם בהיעדר גירוי חיצוני המספק נתונים של מלמטה-למעלה, אך תהליך השברירי הזה מתאפשר רק בסביבה כימית מדויקת מאוד, שבה מסלולי העוררות מתאמים את מצב התודעה הפנימי עם האירועים שהאדם חווה בסביבה החיצונית. ישנם מספר מוליכים עצביים, המעורבות בתפקודים קוגניטיביים גבוהים, כמו תהליכי עיבוד מידע מלמעלה-למטעה של מתן עדיפות למידע רלוונטי על פני מידע לא רלוונטי: דופמין (DA), סרוטונין (5-HT), נוראדרנלין (NA או NE) ואצטילכולין (ACh). המוליך העצבי דופמין חיוני במיוחד לשליטה על הפעילות הקוגניטיבית בקליפת המוח הקדם-מצחית. הוא מעורב גם בתהליכי ויסות ושליטה של עיבוד מידע מלמעלה-למטה המאפשרים מתן עדיפות למידע רלוונטי על פני מידע לא רלוונטי. בהתאם לכך, גירויים בולטים וגירויים רלוונטיים להתנהגות אשר נמצאים בסביבה החיצונית של האדם, גורמים לעלייה ברמת הדופמין בקליפת המוח הקדם-מצחית. באופן כללי, ירידה בתפקוד של קליפת המוח הקדם-מצחית בעייתית במיוחד בעידן המידע, שבו היכולות הניהוליות של מעלה-מטה חיוניות לשמירה על נתיבי קריירה מאתגרים כמו גם לצורך מטלות יום יומיות בסיסיות כמו דאגה למצב הבריאותי והפיננסי של האדם. יכולים להיות מספר גורמים לפגיעה בתפקודי מעלה-מטה. למשל, התסמינים של הפרעת קשב כוללים פגיעה ביכולת הוויסות מלמעלה-למטה של המערכת הפרונטלית על הקשב וההתנהגות. סכמה (פסיכולוגיה) עמימות אי-ודאות הבניה מנטלית אינטגרציה סנסורית גמישות מחשבתית עומס קוגניטיבי הסטה קוגניטיבית מדיה וקבצים בנושא עיבוד מלמטה-למעלה ומלמעלה-למטה בוויקישיתוף The Origin of Consciousness – How Unaware Things Became Aware - על התפתחות התודעה והמודעות של אורגניזמים לסביבה מתוך יכולת התנועה והצורך במזון. הסרטון כולל הסברים על שלבים שונים של התפתחות התודעה כמו ראייה ותפיסה חזותית, ייצוג מידע, זיכרון, קביעות, תפיסת זמן, דחיית סיפוקים, תאוריה של תודעה ושפה (באנגלית) Thiele, A., & Bellgrove, M. A. (2018). Neuromodulation of attention. Neuron, 97(4), 769-785. גריג ר. ג. וזימברדו פ.ג. (2010). מבוא לפסיכולוגיה. הוצאת האוניברסיטה הפתוחה. Smallwood, J., Brown, K., Baird, B., & Schooler, J. W. (2012). Cooperation between the default mode network and the frontal–parietal network in the production of an internal train of thought. Brain research, 1428, 60-70. ישי-קרין, נופר (2007). הקשר בין זיכרון עבודה מילולי (ולא חזותי-מרחבי) לבין לקות בקריאה ולקות שפתית. מאתר פסיכולוגיה עברית. יונתן גושן־גוטשטיין ודן זכאי (2006). פסיכולוגיה קוגניטיבית - כרך ב – זיכרון. רעננה: האוניברסיטה הפתוחה. Johnston, C., Mash, E. J., Miller, N., & Ninowski, J. E. (2012). Parenting in adults with attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). Clinical Psychology Review, 32, 215–228. Eriksson, J., Vogel, E. K., Lansner, A., Bergström, F., & Nyberg, L. (2015). Neurocognitive architecture of working memory. Neuron, 88(1), 33-46. Stawarczyk, D., Majerus, S., Maj, M., Van der Linden, M., & D'Argembeau, A. (2011). Mind-wandering: phenomenology and function as assessed with a novel experience sampling method. Acta psychologica, 136(3), 370-381. שרה דרויאן (1999). עקרונות אבולוציוניים בהתפתחות החשיבה. רעננה: רמות. רוברט ס. וודוורת (1965). פסיכולוגיה. תל אביב: מסדה. Ranganath, A., & Jacob, S. N. (2016). Doping the mind: dopaminergic modulation of prefrontal cortical cognition. The Neuroscientist, 22(6), 593-603. Arnsten, A. F., Wang, M. J., & Paspalas, C. D. (2012). Neuromodulation of thought: flexibilities and vulnerabilities in prefrontal cortical network synapses. Neuron, 76(1), 223-239. Arnsten, A. F. (2011). Catecholamine influences on dorsolateral prefrontal cortical networks. Biological psychiatry, 69(12), e89-e99. Ott, T., & Nieder, A. (2019). Dopamine and cognitive control in prefrontal cortex. Trends in cognitive sciences.