חדשות

מעבדתו של פרופ' רכבי גילתה בעבר שתולעים מורישות לצאצאיהן מולקולות מסוג רנ"א קטנות אשר מכילות מידע לגבי סביבת ההורים, כמו מצב תזונתי, הידבקות בנגיפים ואפילו הפעילות מוחית של ההורים, ובכך תורמות להישרדות הדורות הבאים. במחקרם הנוכחי, פרופ' רכבי וצוותו ניסו להבין האם ישנם חוקים להורשה אפיגנטית של רנ"א קטנים לאורך הדורות או שמדובר בהורשה פאסיבית ואקראית. החוקרים חשפו שלושה חוקים שמכתיבים הורשה אפיגנטית, כלומר הורשה שלא דרך שינויים ברצף הדנ"א, לאורך הדורות. את המחקר, שהתפרסם בכתב העת היוקרתי Cell, הובילו פרופ' רכבי ותלמידתו ד"ר לאה חורי-זאבי מהמחלקה לנוירוביולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס.וייז ובית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב.

לדברי פרופ' רכבי, "חיית המודל המועדפת למחקר אפיגנטי בין-דורי היא C.elegans, כי זמן הדור של התולעים האלו הוא שלושה וחצי ימים, כך שאפשר לחקור הרבה דורות בזמן קצר, וכל תולעת כזאת מולידה מאות צאצאים – מה שמקנה עוצמה סטטיסטית. אפשר לשלוט בצורה מושלמת בחשיפה הסביבתית ובנוסף, התולעת מפרה את עצמה, ולכן גם ההבדלים הגנטיים (בדנ״א) מנוטרלים כמעט לחלוטין."

ד"ר חורי-זאבי מציינת שמעבדות רבות הבחינו בכך שהורשה אפיגנטית של רנ"א קטנים נמשכת ברוב התולעים באוכלוסייה כשלושה עד חמישה דורות. לדבריה, במחקר קודם שנערך במעבדתם, חשפו החוקרים את המנגנון ששולט במשך ההורשה, ולמעשה הוכיחו שההורשה הזו היא תהליך מבוקר. אלא שגם לאחר חשיפה זו, נותרה השאלה מדוע חלק מהתולעים יורשות את התגובות המורשות בצורה חזקה, בעוד שאחרות לא ירשו את האפקט האפיגנטי כלל, וזאת על אף שכל הצאצאים כמעט זהים מבחינה גנטית. "למרות שההורשה החלקית הזאת הייתה ידועה, אופן החלוקה של החומר האפיגנטי באוכלוסיית הצאצאים נשאר מסתורי לחלוטין. אנחנו רצינו לדעת אם יש איזשהו דפוס הורשה, שמסביר ומנבא מי יירש את התכונות האפיגנטיות – ולכמה זמן", היא מוסיפה.

חוק וסדר בדפוסי ההורשה

לצורך הניסוי השתמשו החוקרים בתולעת מהונדסת גנטית, אשר נושאת גן שמייצר חלבון פלואורסצנטי וגורם לתולעת לזהור תחת אור פלואורסצנטי. החוקרים הפעילו תגובת השתקה מורשת על ידי רנ"א קטנים כנגד הגן הפלואורסצנטי ובחנו אילו צאצאים ירשו את תגובת ההשתקה והפסיקו לזהור, ואילו צאצאים "שכחו" את התגובה ההורית וחזרו לבטא את הגן לאחר מספר דורות. על התהליך הזה חזרה ד"ר חורי-זאבי שוב ושוב, בניסיון להבין את החוקיות שמאחורי האפקט האפיגנטי.

"לאה בדקה עשרות שושלות של תולעים ובסך הכול יותר מ-20,000 תולעים בודדות", מספר פרופ' רכבי, "אבל החלק המאתגר באמת בעבודה היה הפענוח של דפוסי ההורשה השונים, וההבנה מה עומד מאחוריהם". בסופו של דבר ותוך העמקה במנגנון ההורשה גילו החוקרים שלושה חוקים שבעזרתם ניתן להסביר ואפילו לחזות מי ירש את המידע האפיגנטי:

1. החוק הראשון: ההורשה אחידה בין תולעים שהגיעו מאותה אמא, כלומר מאותה שושלת. החוקרים הופתעו לגלות שההבדלים בהורשה שנצפו עד כה במחקרים קודמים למעשה 'מוסכו' על ידי בחינה של אוכלוסיות של תולעים במקום בחינה של שושלות מובחנות.
2. החוק השני: ההורשה שונה מאוד בין תולעים שמגיעות מאימהות שונות, אף על פי שלכאורה גם האימהות אמורות להיות זהות ביניהן, כי התולעת מפרה את עצמה. החוקרים אפיינו את המנגנון שמייצר את ההבדל בין אימהות זהות גנטית, ומצאו שהבדלים בין צאצאים שונים נובעים מ'מצבים פנימיים' שונים שאימהות שונות – אך זהות גנטית – מאמצות באקראי. למעשה, המצב הפנימי של האמא, מידת הפעילות של מנגנון ההורשה אצל כל אחת ואחת, הוא שקובע את משך ההורשה ומכאן גם את גורל הדורות הבאים.
3. החוק השלישי: החוקרים מצאו שככל שהורשה האפיגנטית נמשכת דורות רבים יותר בשושלת מסוימת, כך גדל הסיכוי שההורשה תמשיך גם לדור הבא – "במעין מומנטום בין-דורי, כמו 'חוק היד החמה' בכדורסל".

לדברי פרופ' רכבי, עוד לא ידוע אם הורשה אפיגנטית בין דורית מתקיימת גם בקרב בני אדם: ״אנחנו מקווים שהמנגנון שגילינו קיים גם באורגניזמים אחרים, אבל נצטרך לחכות בסבלנות. צריך לזכור שגם המחקר הגנטי התחיל ממחקריו של הנזיר גרגור מנדל באפונה – והיום אנחנו משתמשים בחוקים של מנדל כדי לנבא אם לילדינו יהיה שיער חלק או מתולתל".

"הרעיון של תכונות נרכשות שעוברות בירושה הוא רעיון עתיק כשם שהוא שערורייתי. עוד לפני דארווין ולאמארק, היוונים התווכחו עליו, והוא אינו עולה בקנה אחד עם ההורשה הגנטית על פי דנ"א", מוסיף פרופ' רכבי. "התולעים שינו את הכללים בכך שהן הראו לנו שישנה הורשה מחוץ לרצף הגנטי, הורשה של רנ״א קטנים, שבעזרתה ההורים מכינים את הצאצאים לקשיים שאליהם נחשפו. ממחקר למחקר אנחנו שופכים אור על המנגנונים המולקולרים ועל הדינמיקה המסתורית של ההורשה האפיגנטית, והמחקר הנוכחי מספק חוקים ו-"סדר בכאוס"".

'הילדים של היום הם לא הילדים של פעם', יגידו לכם כל ההורים בני כל הגילאים. זה כבר לא סוד ששיטות לימוד רבות שהיו נהוגות עד לא מזמן נחשבות מיושנות, ושילדי שנות ה-2000 זקוקים לגירויים ולשיטות לימוד חדשות ומרעננות, שימשכו ויעניינו אותם. מחקר ייחודי שנערך במעבדה לסקרנות של הפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן הראה שלמידה חווייתית באמצעות רובוטים חברתיים עשויה לשפר משמעותית את הישגי התלמידים. הרובוט פטריק, שפותח במעבדה, לימד ילדים בני 9-5 לפענח שורשים של מילים והוביל לזינוק חד בידע שהפגינו.

ללמוד תוך כדי קפיצה

את המחקר ערכו ד"ר גורן גורדון מהמעבדה לסקרנות מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן וד"ר עינת גונן מהחוג ללשון העברית ולבלשנות שמית מהפקולטה למדעי הרוח ע"ש לסטר וסאלי אנטין, ומי שכיכב בו לצד התלמידים הצעירים הוא הרובוט פטריק, שתוכנן על ידי הדוקטורנט עומר גבירצמן והודפס בהדפסת תלת ממד במעבדת הסקרנות. המחקר צפוי להתפרסם בקרוב בכתב העת International Journal of Social Robotics.

בשלב הראשון נבדק הידע המקדמי של הילדים. המחקר שבחן מודעות מורפולוגית, כלל כ-50 ילדים בגילאי 9-5 שלמדו לזהות שורשי פעלים ושמות עצם. לאחר אימון קצר בחילוץ שורשי מילים, נבדק הידע המקדמי של הילדים המבוסס על מה שלמדו במערכת החינוך, ונמצא שאף הילדים הגדולים בקבוצה הפגינו יכולת מועטה בזיהוי פעיל של שורשים. הילדים ענו נכון רק על 1.9 תשובות נכונות בממוצע, מתוך 10 השאלות שהוצגו בפניהם.

בשלב הבא, הוא שלב הניסוי, שנמשך שלושה שבועות, השתתפו הילדים בשלושה עד חמישה שיעורים בני 15-7 דקות בהנחיית הרובוט, במהלכם הוא לימד אותם לזהות שורשים של פעלים ושמות, כגון התגלגלנו, התנהג, מחשב, מזרקה, מנעול, תלבושת ואפילו של פעלים משורשים שאינם קיימים (כגון זילתנו והתרלש).

באמצעות סדרה של שאלות ותשובות והצגה של מילים ושורשיהן בנעימה ריתמית קבועה, פיתחו הילדים את המיומנות לחלץ את שורשי המילים. אולם בניגוד לשיעורים בבית הספר, שבהם הילדים יושבים במקומותיהם לאורך השיעור, הרובוט פטריק גם הפעיל את הילדים בפעילויות שונות, וביקש תוך כדי פעילות לזהות את השורשים הרלוונטיים. כך למשל ביקש הרובוט מהילדים לקפוץ בחדר ולצעוק את השורש של הפועל "לקפוץ", לחייך ולומר את השורש של הפועל "לחייך". לאחר מכן אמר הרובוט בעצמו את התשובה הנכונה ושיבח את הילדים על השתתפותם.

^{תכירו את המורה החדש לשפה. הרובוט פטריק מתכונן לשיעור}

לפעמים הגיל הוא התרגיל

בתום סדרת השיעורים נבדק הידע שרכשו הילדים. מסתבר שהישגי התלמידים זינקו מ-20% הצלחה ל-70% הצלחה: עלייה מ-1.9 תשובות נכונות מתוך 10 שאלות (לפני הניסוי) ל-7.07 בממוצע (לאחר הניסוי). תוצאה מעניינת במיוחד נרשמה בניתוח ההתאמה שבין הגיל להישגים: כצפוי, בקרב הילדים הגדולים נרשם שיפור משמעותי בהישגים. אולם הפתעה נרשמה בקרב הילדים הצעירים: בעוד שילדים בגילאי הגן הגיעו לניסוי עם ידע מועט בהשוואה לילדים הגדולים יותר, במהלך הלמידה הם השתפרו יותר והגיעו להישגים דומים לאלו של הגדולים יותר במבדק המסכם.

ד"ר גורן גורדון מסביר כי במעבדת הסקרנות שלו שוקדים על פיתוח רובוטים חברתיים למטרות חינוך והוראה, כך שאפשר יהיה ללמד תכנים לימודיים באופן חווייתי ומהנה ובעלות נמוכה. אחד הרובוטים, פטריק (Patricc), שפותח במעבדה ואף הודפס בה, הותאם לשיטת הלימוד שפיתחה ד"ר גונן, שמתבססת על הקניית מודעות מורפולוגית אקטיבית לזיהוי שורשים בגיל הילדות.

"על רקע משבר הקורונה, שבו נדרשת מערכת החינוך לפתרונות יצירתיים, אין כל ספק שלימוד באמצעות רובוטים יכול לסייע להתארגנות במוסדות החינוך מתוך הקפדה על הנחיות משרד הבריאות, בקבוצות קטנות, בצורה חווייתית ובלימוד תכנים חדשניים", אומרת ד"ר גונן. "הרובוטים מנגישים חומרים מתוחכמים גם לילדים צעירים מאוד ובאופן משחקי ומהנה, ששומר על הקשר עם קבוצת העמיתים. בתחום הוראת השפה הרובוטים מאפשרים הבנה עמוקה יותר של החומר, שכן בניגוד להוראה המקובלת בבית הספר, הנשענת על חילוץ שורשים מתמונת המילה הכתובה על ידי מחיקת אותיות מיותרות, הוראת הרובוטים כולה נעשית בעל פה".

"רובוטים חברתיים יכולים להיות עוזרי הוראה בכל מערכת החינוך, גם בקרב הגילאים הצעירים וגם בקרב תלמידי תיכון", אומרים ד"ר גורדון וד"ר גונן ומסכמים: "הרובוטים יכולים ללמד בצורה אפקטיבית תוכן בהקשרים שונים, בהוראה פרטנית, בקבוצות או למול כיתה שלמה. בתחום השפה, ניתן בעזרת הרובוטים החברתיים לקרב את הילדים לשפה, לייצר חוויית הצלחה ולנצל את חלון ההזדמנויות בעודם צעירים להציב רף גבוה, כך שתיווצר תשתית קוגניטיבית להעמקה בגיל בוגר. המורים הם, כמובן, הבסיס לכל הוראה בכיתה, אך הרובוטים עשויים להעשיר מאוד את חוויית ההוראה וללמד אף תכנים שברגיל אינם נלמדים".

המחקר הובל על ידי חוקרי אוניברסיטת תל אביב, פרופ' תלמה הנדלר, פרופ' יצחק פריד, ד"ר תומר גזית וד"ר טל גונן מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר, מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית ספר סגול למדעי המוח, מהמרכז הרפואי תל אביב ע"ש סורסקי (איכילוב) ומבית הספר לרפואה של אוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס. המחקר התפרסם ביולי 2020 בכתב העת היוקרתי Nature Communication.    

פרופ' הנדלר מסבירה שכדי לאבחן את התגובות במעמקי המוח, המחקר בוצע בקרב אוכלוסייה ייחודית של חולי אפילפסיה, בזמן שאלקטרודות הוחדרו למוחם לצורך בדיקות לקראת ניתוח להסרת המוקד האפילפטי. המטופלים התבקשו לשחק במשחק מחשב הכולל סיכונים מול הזדמנויות, והאלקטרודות אפשרו לחוקרים להקליט בדיוק רב פעילות של נוירונים באזורים שונים במוח שקשורים לקבלת החלטות, רגש וזיכרון.

רווח מול הפסד

במהלך המשחק הקליטו החוקרים את הפעילות החשמלית בתאי העצב של הנבדקים מיד לאחר שהרוויחו או הפסידו את כספם במשחק. הנבדקים התבקשו לפעול להשגת רווח כספי תוך לקיחת סיכון להפסד כספי מהמאגר שלהם, ומצאו כי תאי עצב באזור קליפת המוח הקדם-מצחית הפנימית הגיבו הרבה יותר להפסד ((punishment מאשר לרווח (reward) של מטבעות.

יתרה מכך, לחוקרים התברר שההימנעות מלקחת סיכון במהלך הבא, הושפעה בעיקר מפעילות לאחר הפסד באזור ההיפוקמפוס, הקשור ללמידה וזיכרון אבל גם לחרדה. ממצא זה מלמד על הקשר ההדוק בין תהליכי זיכרון וקבלת החלטות תחת סיכון (מצבי סטרס). כלומר, ההפסד קודד בהיפוקמפוס (אזור של זיכרון), והמשתתף שפועל במצב סטרסוגני של סיכון גבוה העדיף להיות זהיר ולהימנע מלהשיג את המטבע (ויתור על רווח).

חוויית הרווח, לעומת זאת, לא קודדה בזיכרון באופן שהשפיע על בחירת התנהגות עתידית מול אי ודאות. הדבר המעניין הוא שהתופעה נמצאה רק כאשר הנבדק השפיע על התוצאה במשחק ורק נוכח סיכון גבוה בצעד הבא, מה שמצביע על קשר אפשרי לתופעת החרדה.

פרופ' הנדלר מסכמת: "במהלך החיים אנו לומדים לאזן בין החשש מסיכון להפסד והשאיפה לרווח, ולומדים מהו הסיכון הסביר ביחס לרווח נחשק על סמך ניסיונות קודמים. האיזון בין שתי הנטיות הללו הוא מאפיין אישיותי, והפרעה שלו גורמת להתנהגות לא אדפטיבית כמו נטייה גבוהה ללקיחת סיכונים או הימנעות מוגזמת.

"המחקר שלנו מראה לראשונה כיצד המוח האנושי מושפע מחוויה של כישלון או הפסד כשהוא באחריותנו, וכיצד הטייה זו מייצרת התנהגות של הימנעות תחת אי-ודאות מלחיצה במיוחד. הבנת המנגנון המוחי עשויה בעתיד לכוון ולמקד טיפולים נוירו-פסיכיאטריים בהפרעות של הימנעות-יתר - כמו דיכאון, חרדה ופוסט-טראומה או הפרעות הקשורות לנטילה מוגזמת של סיכונים – כמו התמכרויות ומאניה".