חדשות

תלמיד המחקר איתמר אליקים, בהדרכתם של ד"ר גבור קושה מבית הספר להנדסה מכנית, ופרופ' יוסי יובל מהמחלקה לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז ומבית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, הצליח לבנות את הרובוט הראשון שמחקה את הביולוגיה הייחודית של העטלפים.

"למיטב ידיעתנו, זהו הרובוט האוטונומי הראשון בעולם שמשתמש בביולוגיה של עטלפים, כדי לנווט את דרכו ולמפות את הסביבה באמצעות איכון הד בלבד, והוא מהווה פריצת דרך בטכנולוגיית עולם הרובוטיקה", אומר פרופ' יובל.

הרובוטלף מנווט בשטח בעזרת חוש השמיעה בלבד (צילום: איתמר אליקים)

שומע, עבור

הרובוטלף, שבנייתו ארכה כשנתיים, מצויד ב"פה" עטלפי: רמקול על-קולי, המפיק צלילים בתדרים האופייניים לשידורי העטלף, ובזוג אפרכסות "אוזניים": שני מיקרופונים הקולטים תדרים על-קוליים. הוא מנווט את דרכו בשטח לא מוכר בזמן אמת אך ורק באמצעות צלילים, בעזרתם הוא מגדיר את גבולות העצמים במרחב, מסווג אותם באמצעות מחשב, וכך מייצר מפה מדויקת של סביבתו תוך הימנעות ממכשולים.

"היום רובוטים מנווטים בעיקר באמצעות חוש דמוי-ראייה, כלומר באמצעות מצלמות וקרני לייזר. זהו חוש נהדר, אך לא נטול חסרונות", מסביר פרופ' יובל ומרחיב, " ניווט בחושך, באבק או בעשן, כמו מתחת להריסות או במהלך שריפה, יהיה קשה לרובוט שפעילותו מתבססת על חוש הראייה. כך גם במקום בו יש קירות שקופים או סבך שיחים. הרובוטלף שלנו פשוט יעבור דרך השיח, מפני שהוא יכול לשמוע מבעד לעלים. לפיתוח הזה עשויות להיות השלכות גדולות בפיתוח רובוטים מרובי-חושים, כפי שאנו בני האדם מרובי-חושים".

מה עושה העטלף בלילות

הרובוטלף שופך אור גם על חייהם על העטלפים. "הפרויקט נעשה בהשראה ביולוגית, לכן העדפנו להיצמד למאפייני החיה האמתית, כפי שהיא מתקיימת בטבע. אם היינו רוצים לבנות את המכונה הטובה ביותר, היינו בונים אותה אחרת. למשל, עם יותר אוזניים", מספר פרופ' יובל. "כזואולוג אני חושב שתוך כדי תהליך למדנו עוד על העטלפים. למשל, למדנו להבין טוב יותר את סדר העדיפויות החישתי של העטלף, ואת האופן שבו הוא מפענח אותות בזמן אמת".

בימים אלה, אליקים ופרופ' יובל עובדים על שיפורים לרובוטלף. "במקביל לשיפור ולדיוק האלגוריתמים, התחלנו לעבוד על בניית מספר רובוטלפים שינווטו יחד כקבוצה, ממש כפי שחלק ממיני העטלפים פועלים בטבע", מגלה פרופ' יובל ומסכם "אמנם מדובר בתכנית לטווח הרחוק, אך אנחנו מאמינים כי בעתיד נשיק רובוטלף שגם יעוף כמו עטלף אמתי". באטמן, מאחוריך.

דבר לסונאר שלי. פרופ' יובל וזוג עטלפים

האם קרוב היום שבו לא נזדקק לניסויים בבעלי חיים על מנת לחקור את המוח? "למעלה משישים אחוזים מהתרופות שעוברות בהצלחה ניסויים בבעלי חיים נכשלות בשלב הניסויים על בני אדם", אומר ד"ר בן מאיר מעוז מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. "למרות הדמיון, מוח של עכבר פשוט אינו מוח של אדם. יתרה מכך, מחלות נוירודגנרטיביות הן מחלות שאופייניות בעיקר לבני אדם. מסיבה זו אנו שואפים לבנות מוח-על-שבב מתאי אדם, שידמה את תפקוד המוח במצב תקין ובמצבי מחלה."

המוח האנושי מורכב ממאה מיליארד נוירונים, השולטים בכל מחשבה ופעולה שלנו, והוא האיבר המורכב והעדין ביותר בגוף האדם. מכיוון שכך, המוח זקוק להגנה מיוחדת מפני רעלנים. כלי הדם, המספקים למוח חמצן וחומרים מזינים, סלקטיביים מאוד לגבי החומרים שיכולים לעבור מהדם למוח ולהפך, ולכן הם נקראים מחסום הדם-מוח (Brain-blood barrier). מעבר להיותו מחסום פיזי, המחסום מווסת באופן פעיל את תפקודי המוח, אלא שעד היום לא היה ברור כיצד הוויסות הזה נעשה בפועל.

פיצוח האינטראקציה בין תאי העצב לכלי הדם

"ידוע שיש קשר בין כלי הדם של המוח לפעילות המוחית עצמה", מסביר ד"ר מעוז. "על העיקרון הזה, למשל, פועלים מכשירי MRI: כשאנחנו מאמצים אזור מסוים של המוח, כלי הדם מזרימים יותר דם לאזור – והמכשיר מודד את הפעילות המוגברת. עם זאת, קשה מאוד להבין את האינטראקציה בין כלי הדם לתאי העצב ברמה התאית. מטבע הדברים לא ניתן לעבוד עם מוח אנושי חי, ואילו תאים בתרביות אינם משקפים את הקישוריות הזאת. הקישוריות בין התאים משפיעה מאוד על תכונותיהם. תאי עצב שגדלים בצלחת פטרי שונים בתכונותיהם מתאי עצב שמחוברים לתאי כלי הדם".

הפתרון שמצא ד"ר מעוז הוא איבר-על-שבב: גידול רקמה אנושית מתרומת רקמות ומתאי גזע שהומרו לתאי איברים, כך שניתן לדמות את פעילות האיבר בצורה מבוקרת ולחבר בין החלקים השונים של המוח. בארבע השנים האחרונות בנה ד"ר מעוז מערכת חיה, המדמה את האינטראקציות של המוח אנושי: רקמת מוח-על-שבב, המחוברת לשתי רקמות כלי דם ותאי עצב, המדמות את מחסום הדם-מוח. המחקר נעשה בשיתוף עם מכון וויס, אוניברסיטת הרווארד ומכון KTH השבדי, ותוצאותיו התפרסמו בכתב העת Nature Biotechnology.

מערכת שלמה שעובדת

"איבר-על-שבב זאת טכנולוגיה שהומצאה לפני כעשור", מסביר ד"ר מעוז, "אבל היישום שלה בהבנת תהליכים ביולוגים בסיסיים במוח היה מוגבל מאוד. הסיבה לכך הייתה שעד כה בחנו את רקמת המוח במנותק ממחסום הדם. אנחנו יצרנו מערכת שלמה והוכחנו שהיא עובדת. כך, למשל, הכנסנו מתאמפטמין, הסם מהסדרה 'שובר שורות', לשבבי תאי הדם, וראינו שאנחנו מקבלים על שבב המוח את אותן התופעות שמתקבלות אצל אנשים המשתמשים בסם".

בתום שורה של ניסויים מוצלחים, שנועדו לבחון את המערכת, ד"ר מעוז ועמיתיו הראו לראשונה שכלי הדם במוח לא רק מתרחבים ומתכווצים, אלא משחררים כימיקלים שמשפיעים ישירות על תאי העצב, מייעלים ומזרזים את פעילותם – כחלק אינטגרלי מהתהליך הנוירולוגי. מעבר לתרומתה המחקרית, פריצת הדרך של ד"ר מעוז פותחת את האפשרות לבחינה יעילה יותר של תרופות על בני אדם, בדגש על מחלות נוירודגנרטיביות, דוגמת פרקינסון ואלצהיימר.

"המוח שבנינו במעבדה מאפשר לנו לבחון תהליכים ביולוגיים מורכבים ואת השפעתן של תרופות על בני אדם מבלי לסכן איש, ומבלי להרע לחיה, וזאת בדרך יעילה מאי פעם." אומר ד"ר מעוז, "איבר-על-שבב הוא לא רק כלי מחקרי. ה-FDA כבר יצא ביוזמת פיתוח איברים-על-שבבים כחלק מתהליך פיתוח התרופות, ומספר שיתופי פעולה כבר נוצרו בין המעבדה שלי לחברות תרופות מהארץ ומהעולם".

"בימים אלה", מסכם ד"ר מעוז, "אנחנו מוסיפים איברים נוספים, כמו מערכת חיסונית וכבד, במטרה לבנות לבסוף מודל שלם של גוף האדם על שבבים, שיחליף את הצורך בחיות במעבדה ויעניק לחוקרים רזולוציות חסרות תקדים להשפעה של כימיקלים שונים על מוח האדם – ולהתפתחותן הביולוגית של מחלות שונות הייחודיות לאדם".