חדשות

את המחקר הייחודי, שתוצאותיו מתפרסמות בימים אלה בכתב העת Nature Medicine, הובילו ד"ר ניר מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, ופרופ' יצחק פריד, גם הוא מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר וכן מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס (UCLA). 

המחקר נערך בשיתוף פעולה בינלאומי, עם חוקרי השינה פרופ' קיארה סירלי וג'וליו טונוני מאוניברסיטת וויסקונסין-מדיסון, תלמיד המחקר עמית מרמלשטיין מבית הספר סגול למדעי המוח וצוותי מחקר נוספים בפריז וב-UCLA.

"חלקים במוח נרדמו"

כדי לבדוק את המנגנון הנוירולוגי שמאחורי התגובות הלקויות בזמן חסך השינה, החוקרים ניצלו הזדמנות נדירה בה חולי אפילפסיה עוברים השתלה של אלקטרודות תוך-מוחיות, במאמץ לאתר את האזור המוחי הגורם להתקפים. למחקר התנדבו 12 מטופלים ב-UCLA, אשר אושפזו למשך שבוע בעת שהפעילות המוחית שלהם נרשמה, ובמקרים מסוימים נשארו ערים כל הלילה.

למשתתפים במחקר הוצגו תמונות של דמויות ומקומות מפורסמים, והם נתבקשו לסווג את התמונות מהר ככל האפשר, במטרה לבדוק את ערנותם. בסדרה של למעלה מ-30 ניסויים, צוות החוקרים רשם את הפעילות החשמלית של קרוב ל-1,500 נוירונים במוח.

"המחקר העלה שבזמן חסך שינה, תגובת הנבדקים לתמונות נהייתה איטית, חלשה וארוכה מהרגיל", מסביר פרופ' פריד. "הצלחנו להראות שבזמן הזה, גם תגובות של נוירונים בודדים באונה הטמפורלית - אזור המקושר עם תפיסה ראייתית וזיכרון - השתנו כתוצאה מהעייפות".

"חשוב להדגיש שמעידות אלו אינן תוצאה של מיקרו-שינה, המלווה בעצימת עיניים, מה שנקרא אצלנו 'התעפצות'", מוסיף ד"ר ניר. "כאן הנבדקים הישירו מבט לתמונה, בשעה שחלקים ספציפיים במוח שלהם פשוט נרדמו".

למדוד עייפות ולמנוע תאונות

המבט הייחודי לגבי פעילות המוח האנושי, שהתאפשר במחקר זה, חושף כיצד חסך שינה משפיע לא רק על תהליכים של קבלת החלטות ושליטה על שרירים, אלא גם על תהליכים מוקדמים של זיהוי אובייקטים, תפיסה וזיכרון. ככזה, המחקר מהווה בסיס עתידי למדידת עייפות בכבישים.

"כשאנו עייפים, גלי מוח דמויי-שינה 'פולשים' לפעילות המוח הער בזמן שאנחנו מבצעים משימות, הרבה לפני שאנחנו נרדמים ממש, או סתם עוצמים את העיניים", מסכם ד"ר ניר. "מאחר שהנהיגה בזמן עייפות מסוכנת ממש כמו נהיגה בשכרות, אנחנו מקווים שהמחקר החדש ישמש כבסיס למדידה אובייקטיבית של גלי השינה המתעצמים, כמו 'הינשופים' שמודדים את ריכוז האלכוהול בדם – לפני שהעייפות הזאת הופכת למסכנת חיים".

לכן, כאשר פרופ' מארק קרלינר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב ועמיתו ג'ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקגו, הצליחו לחשב את כמות האנרגיה שעשויה להיווצר מהיתוך של סוגים שונים של קווארקים – חלקיקי יסוד שהם מאבני הבניין הבסיסיות ביותר של החומר ביקום, ומצאו כי היא עשויה להיות גדולה פי 10 מהאנרגיה שנוצרת בהיתוך גרעיני, לא פלא שהם שקלו לשמור את התגלית שלהם בסוד.

"היתוך גרעיני הוא תהליך מוכר, שבו מתמזגים גרעיני אטומים ופולטים אנרגיה. התהליך מתרחש באופן טבעי בליבות כוכבים ביקום, כמו השמש שלנו, ולמצער בני האדם למדו לנצל אותו בפצצות מימן." מסביר פרופ' מארק קרלינר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. "כיום נעשים ניסיונות להשתמש בתהליך זה לייצור אנרגיה בכורי היתוך גרעיני, אך ניסיונות אלה טרם הבשילו לרמה תעשייתית. במקביל, מדענים שואלים כבר זמן רב אם קיים גם היתוך בין חלקיקים זעירים יותר: חלקיקי יסוד הקרויים קווארקים, המהווים אבני בניין בסיסיות של החומר ביקום. שני סוגי הקווארקים הקלים ביותר מרכיבים את הפרוטונים והנויטרונים המצויים בתוך גרעיני האטומים. קווארקים אחרים, כבדים יותר, מרכיבים 'בני דודים' של הפרוטון והנויטרון, המכונים באריונים."

לפני חודשים אחדים גילו פיזיקאים ניסיוניים, במאיץ החלקיקים CERN הסמוך לג'נבה שבשווייץ, חלקיק מסוג חדש - באריון המכיל שני קווארקים כבדים מהסוג הקרוי 'קסום' (charm) וקווארק קל אחד. המסה של החלקיק החדש תואמת במדויק   חישוב תיאורטי שביצעו פרופ’ קרלינר ושותפו פרופ' רוזנר כבר בשנת 2014. התגלית הניסיונית, המאשרת את החיזוי התיאורטי, עוררה הדים רבים בקהילה המדעית בעולם.

כוחה של נוסחה

פרופ' קרלינר ופרופ' רוזנר הבינו כי המדידה המדויקת של מסת החלקיק בעל שני הקווארקים 'הקסומים' מאפשרת להם לראשונה לדמות תהליך של היתוך ברמת הקווארקים, ולחשב את תוצאותיו. "חישבנו מה קורה כשבאריון מהסוג שהתגלה במאיץ נוצר מהיתוך של שני באריונים שכל אחד מהם מכיל קווארק 'קסום' אחד," אומר פרופ' קרלינר. "בהיתוך כזה הקווארקים למעשה נארזים בצורה יעילה יותר. שני הקווארקים הכבדים, שקודם לכן היו נפרדים לחלוטין, נקשרים זה לזה בקשר חזק ביותר, ולכן נפלטת אנרגיה רבה. בלשון אחרת, אריזה יעילה יותר של קווארקים בתוך באריונים משחררת אנרגיה, בדיוק כשם שאריזה יעילה יותר של פרוטונים ונויטרונים משחררת אנרגיה בתהליך היתוך גרעיני רגיל."

"בהינתן המסה של החלקיקים המעורבים, לפני ואחרי ההיתוך, ניתן לחשב במדויק את כמות האנרגיה הנפלטת, בעזרת הנוסחה הידועה של אלברט איינשטיין, e=mc²." החישוב הראה שכמות האנרגיה הנפלטת בהיתוך בין שני באריונים בעלי קווארק 'קסום' היא 12 מיליון אלקטרון-וולטים, כמות דומה לזו הנפלטת בהיתוך גרעיני בין שני איזוטופים כבדים של מימן.

בהמשך ביקשו החוקרים לחשב מה יתרחש בהיתוך של שני קווארקים כבדים יותר - קווארקים מהסוג 'התחתון' (bottom), הכבדים פי 3 מקווארקים 'קסומים'. מכיוון שהתברר כי הם חזו במדויק את המסה של באריון בעל שני קווארקים 'קסומים', הם הסתמכו כעת על חיזוי נוסף, מאותו מאמר מ-2014, לגבי מסה של באריון בעל שני קווארקים 'תחתונים'. החישוב העלה כי כמות האנרגיה שתיפלט במקרה כזה גדולה כמעט פי 10 מזו הנוצרת בהיתוך גרעיני.

צפירת הרגעה

"חשוב להדגיש שלמרות שהממצאים שלנו עוררו עניין רב מבחינה תיאורטית, אין להם כל יישום מעשי," מסכם פרופ' קרלינר. "היתוך גרעיני המתרחש בכור, או להבדיל, בפצצת מימן, הוא תגובת שרשרת במצבור של חלקיקים רבים, וכך נוצרת כמות עצומה של אנרגיה. דבר כזה אינו אפשרי בהיתוך של קווארקים כבדים, פשוט מפני שלא ניתן לצבור את 'חומר הגלם' לתהליך ההיתוך. הקווארקים הכבדים מתפרקים עשירית פיקו-שנייה (*10^-13 שנייה) לאחר שנוצרו. אילו חשבנו לרגע שלגילוי שלנו יש יישום מסוכן כלשהו, לא היינו מפרסמים אותו."