מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה
רוח
רפואה ומדעי החיים

לובי מחקרים

carousle news research: 
news research carousel: 
תמונת באנר: 
תמונת באנר: 
תמונת באנר: 
בחר את סוג הלובי: 
מחקרים

מחקר

13.01.2021
רובוט, תקשיב טוב

חוקרים הצליחו ליצור רובוט, ששומע באמצעות אוזן ביולוגית

  • מוח
  • הנדסה וטכנולוגיה
  • רפואה ומדעי החיים

מה קורה כשזואולוגים ומהנדס שבבים נפגשים בבית קפה בקמפוס? לא, לא מדובר בבדיחה, אלא בפרויקט חוצה פקולטות ובתי ספר, שהוליד רובוט עם אוזן אמתית על שבב, ששומע ומגיב לקולות. בתעשייה הביטחונית כבר מביעים עניין, והחוקרים מבטיחים שמכאן השמיים הם הגבול.

 

למה דווקא חגב?

פרופ' יוסי יובל, מבית הספר לזואולוגיה, ,ממוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט מבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן וראש בית ספר סגול למדעי המוח, פרופ' אמיר אילי, גם הוא מבית הספר לזואולוגיה ומבית הספר סגול למדעי המוח, וד"ר בן מעוז מהפקולטה להנדסה ומבית הספר סגול למדעי המוח, רצו לדעת האם זה אפשרי לבנות מערכת ביו-היברידית, שתשלב מערכת ביולוגית בתוך רובוט. מי שהרימה את הכפפה היא עידן פישל, שעשתה תואר שני בהנחיית שלושת החוקרים והביאה את הפרויקט למאמר מדעי, שפורסם לאחרונה בעיתון Sensors.

 

לניסוי המהפכני בחרו החוקרים באוזן של חגב, חרק בעל אברי קול ושמע מפותחים. "רצינו להראות שאנחנו יכולים לעשות אינטגרציה בין מערכת ביולוגית ואלקטרונית, ובחוש השמיעה יש סנסורים חשמליים שמתאימים למשימה", מסביר ד"ר מעוז. "לחרקים יש מערכות שמיעה שהן פשוטות מבנית, אך עושות עיבוד נתונים מורכב. יחד עם זה, המערכת אדפטיבית, היא קלת משקל וקטנה בממדים שלה, וקלה יותר לשימוש מאשר אוזן של יונק למשל", מוסיפה עידן פישל, שהובילה את המחקר.

 

במחקר, שארך כשנתיים, לקחו חלק גם נטע שביל - דוקטורנית בהנחיה משותפת של השלושה, ד"ר אנטון שיינין ויוני עמית.

 

אוזן קשבת

החוקרים בודדו אוזן של חגב. אחרי שהוכיחו שהמערכת ממשיכה לעבוד באופן תקין, בנו פלטפורמת אוזן-על-שבב, שבעזרתה אפשר לקלוט את האותות שמגיעים לאוזן ולערוך הקלטה אלקטרו-פיזיולוגית של פעילותה, וחיברו אותה לרובוט. התוצאה: כשמשמיעים צליל, האוזן הביולוגית שומעת, ממש כפי שקורה בגוף האדם. האות הקולי הופך לאות חשמלי ומגיע לרובוט, שיודע להגיב בהתאם.

 

"גלי הקול גורמים לתזוזה של עור התוף של החגב, שמפעיל את המכנו-רצפטורים של אוזן החגב, בדומה לשערות האוזן שקיימות אצלנו. הן יודעות להמיר את הוויברציה המכנית לאות חשמלי, שיוצא דרך עצב השמיעה, מגיע אל המוח ומעביר את המידע", מסבירה עידן. "אחרי שהוכחנו שהמערכת ממשיכה לעבוד באופן תקין, שמנו אותה על שבב ומיקמנו אותה על הרובוט".

 

את השבב שתומך באוזן, בנה צוות החוקרים בעזרת תוכנה ומדפסת תלת ממד. "הייתי צריכה לתכנן שבב שיהיה מודולרי, כדי שאפשר יהיה לשים אותו על הרובוט, שהוא יוכל לחוש את הפעילות החשמלית של מערכת השמיעה, ושמבחינה פיזיולוגית ומבחינה מבנית הוא יתאים למערכת השמיעה של החגב. כלומר, שהוא יאפשר מצד אחד סביבה מימית, אך מצד שני יאפשר כניסה של אוויר ושל גלי הקול, בדומה לאיך שהדבר קורה אצל בעל החיים", מפרטת עידן את תהליך המחקר.

 

את הרובוט, תכנן ובנה יוני עמית, יחד עם עזרתו של ד"ר אנטון שיינין. הרובוט תוכנן כך שיהיה מודולרי ויוכל בקלות להיות מתוכנת להגיב לצלילים שונים.

 

מכינה מקום לאוזן על השבב. עידן פישל

 

רובוט ביו-היברידי בהאזנה

"האתגר העיקרי היה להפוך את המערכת הקיימת לדבר מודולרי. הפלטפורמה קטנה מאוד, והרעיון הוא שאפשר יהיה להרכיב אותה על משהו בגודל של טלפון סלולרי", מסכימים ד"ר מעוז, פרופ' יובל ופרופ' אילי. "כמו כן, שילוב הכוחות ביננו הוביל לגישור על 'פערי שפה' שקיימים בין תחומי המחקר שלנו ואיתגר את הסטודנטים והסטודנטיות, שהסכימו להשתתף במחקר ולהיות פתוחים לשגעונות חדשים", מוסיף פרופ' אילי בחיוך.

 

"חשוב לזכור שהאתגר הוא אדיר. לכן כשהחלטנו להתחיל בחרנו ללכת על משהו שקל להשוות אותו למערכות קיימות, כמו למשל מיקרופון או רמקול, אבל אנחנו בטוחים שניתן לקחת את הפרויקט למקומות נוספים, כמו למשל איברי שמיעה של חרקים נוספים, ריח, ראייה – חושים אחרים ששם לחרקים יש יתרונות אדירים," אומר ד"ר מעוז.

 

היות והתחום ההיברידי נושא הבטחה גדולה, גופים רבים מתעניינים במחקר. "השלב הבא יכלול שילוב של machine learning, גם בצד שקורא את הסנסור הביולוגי וגם בצד שמפעיל את המנועים. כלומר, נחקה את הטבע גם באלגוריתמיקה," מגלה פרופ' יובל. "בעתיד, רובוט כזה יוכל לגלות חומרי נפץ או אנשים שאבדו. אולי יהיו נחילים של רובוטים, שידברו ביניהם וכל אחד מהם יהיה מצויד בחיישנים, כיד הדמיון הטובה", אומר פרופ' אילי.

 

"בנינו מערכת שהיא ביו-היברידית: יש בה גם רכיבים ביולוגיים וגם רכיבים חשמליים. כשהקונספט הזה של שילוב עובד – אין סוף לאפשרויות. ניתן יהיה לעשות אפליקציות עתידניות, כמו לדוגמא לחבר שתי אוזניים לצ'יפ לצורך איכון, נוכל ליצור רובוטים שמשלבים מספר חושים, לדוגמא מערכת שמיעה וראייה על גבי אותו הרובוט. יכול מאוד להיות שאפילו השמיים הם לא הגבול", מסכמת עידן.

 

 

מחיאות כפיים! הוא שומע! הרובוט הביו-היברידי מגיב לקול

מחקר

24.09.2020
כיצד משפיעה אי הוודאות על מפלס המתח והחרדה שלנו?

חוקרים מצאו שהסגר גרם לשינוי מבני באזור המוח האחראי על ויסות רגשי

  • מוח
  • רפואה ומדעי החיים

כל אחד מאתנו מגיב אחרת לשינויים פתאומיים ולמצבי חוסר ודאות. חלקנו נלחצים והופכים לאובדי עצות בעוד שאחרים ממשיכים להתנהג כרגיל. חוקרים באוניברסיטת תל אביב רצו לבדוק כיצד ואם בכלל השפיע הסגר על מדד הלחץ והחרדה של הציבור. הם ביצעו סריקות MRI במוחם של 50 נבדקים צעירים בני 30 בממוצע ובריאים לפני פרוץ מגפת הקורונה בישראל וכחודשיים לאחר מכן, מיד לאחר היציאה מהסגר הראשון, ומצאו עלייה משמעותית בנפח האמיגדלה – אזור במוח האחראי על ויסות רגשי. ההמלצה שלהם למקבלי ההחלטות: השתמשו במסרים חיוביים ודאגו לבריאות הנפש של כולנו.

 

הציבור מתבקש לווסת את רגשותיו

התפרצות הקורונה היוותה עבור החוקרים הזדמנות ייחודית להשוות סריקות של מוחות של אנשים צעירים ובריאים פיזית ונפשית, ולבחון כיצד משבר בסדר גודל עולמי משפיע על מבנה המוח.

 

המחקר חוצה הפקולטות נערך בהובלת פרופ' יניב אסף מבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, מרכז שטראוס להדמיה עצבית ממוחשבת  ובית הספר סגול למדעי המוח, ובהשתתפות החוקרים ד"ר עידו תבור מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, ד"ר תום שינברג מהפקולטה למדעי החיים, המחלקה לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה ובית הספר סגול למדעי המוח, תום סלומון מהמחלקה לנוירוביולוגיה ומרכז Minducate, עדי כהן, גל בן-צבי, רני גרא, שירן אורן, דנה רול, גל רוזיק, אנסטסיה סליי, ניב תיק וגליה צרפתי.

 

"במסגרת המחקר השגרתי שלנו אנחנו עוסקים בחקר המוח, ומבצעים לשם כך סריקות MRI במוחם של נבדקים בריאים ", מסביר פרופ' אסף. "אנו סורקים באופן קבוע נבדקים לצורך מחקרים שונים, וכשפרצה מגפת הקורונה החלטנו לחזור לאותם נבדקים ולאתר שינויים במבנה המוח כתוצאה מכך".

 

החוקרים ביצעו לאחר הסגר הראשון של הקורונה בישראל סריקה חוזרת ב-50 נבדקים שהשתתפו במחקרים שונים חודשים ספורים לפני כן. בנוסף, ביקשו החוקרים מהמשתתפים למלא שאלונים בנוגע למצבם בימי הסגר. הנבדקים היו גברים ונשים צעירים, בני 30 בממוצע, ללא מחלות רקע, שגם לא חלו בקורונה.

 

הממצאים היו מרתקים: ההשוואה בין סריקות ה-MRI לפני הקורונה לבין אלה שבוצעו לאחר הסגר העידה על עלייה בנפח האמיגדלה - אזור במוח האחראי על ויסות רגשי. "ממחקרים בעבר ידוע כי תופעה זו מתרחשת בדרך כלל במצבי לחץ וחרדה, ולכן הסקנו כי הנפח המוגדל של האמיגדלה העיד ככל הנראה על אי הוודאות, המתח והחרדה שחוו המשתתפים בתקופת הגל הראשון והסגר. חשוב מאוד שמקבלי ההחלטות יתייחסו גם להיבט הנפשי של הקורונה", אומר פרופ' אסף.

 

להתכונן נכון לסגר הבא

"כשסרקנו שוב את המוחות הופעתנו מאוד, שכן השינוי שהתחולל במבנה המוח תוך חודשים ספורים היה משמעותי ונחשב לנתון חריג", מסביר ד"ר תבור ומוסיף "אומנם בדקנו את אותם נבדקים, אך לפי התוצאות זה נראה כאילו השווינו בין אנשים בריאים לאנשים עם הפרעות חרדה".

 

"המחקר ממחיש את ההשלכות שיש לאירוע עולמי גם על אנשים צעירים שחווים באופן פתאומי תחושות לא מוכרות של אי ודאות, לחץ וחרדה", מרחיב ד"ר שינברג, המתמחה בחקר הבסיס המוחי של שינוי התנהגות. "המחקר מראה שככל שהתרחקנו מהסגר - כך חזרו אזורי המוח לנפחם הקודם. לקראת הכניסה לסגר השני אנו מציעים למקבלי ההחלטות לקדם קמפיין הסברה חיובי של נסיכת אמון וחשיבות הקפדה על הנחיות במקום קמפיין שלילי הנשען על הפחדה ואיומים, שניתן לראות שלא מוביל לשינוי ההתנהגותי הרצוי באוכלוסייה, ושעשוי אף לגרום למצוקה נפשית בקרב האזרחים".

 

"המחקר שלנו ממחיש את ההשפעה שהייתה למגפת הקורונה כאירוע דרמטי על בריאותו הנפשית הציבור. מקבלי ההחלטות עוסקים בדרך כלל במשמעות פגיעת הנגיף בבריאות ובכלכלה, אבל חשוב מאוד להתייחס גם לבריאות הנפשית בעת קבלת החלטות ואי ודאות הכרוכה בקבלתן", מסכם פרופ' אסף.

מחקר

02.09.2020
כיצד משפיעה סביבת ההורים על חיי הצאצאים?

חוקרים פענחו שלושה חוקים שמכתיבים הורשה אפיגנטית בין-דורית – שלא דרך שינויים ברצף ה-DNA

  • מוח

רוב החוויות שנצבור במהלך החיים לא יועברו לצאצאים שלנו. כך לדוגמא, אימון שלנו בחדר הכושר היום לא יגרום לילדינו להיות חזקים יותר. עם זאת, בשנים האחרונות מחקרים בתולעים על הורשה אפיגנטית מאתגרים את התפיסה שלנו לגבי גבולות התורשה והאבולוציה, ומראים שיש תכונות נרכשות שכן עוברות בתורשה. פרופ' רכבי מסביר כי הורשה אפיגנטית של תגובות סביבתיות היא הורשה שמתרחשת בנפרד משינויים ברצפי הדנ"א, על ידי מולקולות מורשות אחרות. לדבריו, באורגניזמים רבים בתגובה לשינוי בסביבה, למשל מצב עקה (Stress), מולקולות רנ"א קטנות (small RNA) "משתיקות" או חוסמות את ביטויים של גנים מסוימים. מחקרים שנערכו בשנים האחרונות בעזרת תולעים ממין C.elegans, חיות מודל חשובות ונפוצות מאוד, הראו שמולקולות רנ"א קטנות יכולות לעבור גם לדורות הבאים וכך להעביר תכונות מדור לדור.

 

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"".

 

עטלפות מסוג לפטוניקטריס בפתח מערה. צילום: Jens Rydell

מחקר

01.09.2020
עפה על זה

העטלפה שגמאה 200 ק"מ בשבע שעות ושברה את שיא העולם בתעופה למרחקים ארוכים

  • מוח
  • רפואה ומדעי החיים

מדליית זהב לעטלפה מסוג לפטוניקטריס: חוקרים מהפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, שערכו מחקר שדה שגרתי בגבול מקסיקו-ארצות הברית, היו עדים לשבירת שיא עולם מרגש. עטלפה במשקל 30 גרם עפה ברציפות וללא מנוחה מרחק של יותר מ-200 ק"מ במשך כשבע שעות ובמהירות ממוצעת של 30 קמ"ש, כדי להביא מזון לצאצא שלה.

 

פרופ' יוסי יובל מבית הספר לזואולוגיה, ממוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט ומבית ספר סגול למדעי המוח, שהוביל את המחקר, מסביר כי בספרות המקצועית ידוע עד כה על עטלפים שעפים ברציפות כ-100 עד 150 ק"מ, ואילו השיאנית החדשה כמעט והכפילה את המרחק. במחקר השתתפו גם הדוקטורנטית איה גולדשטיין, פרופ' רודריגו מדיין מאוניברסיטת UNAM במקסיקו ופרופ' עמוס קורמן ממכוןCNRS  בצרפת. המחקר התפרסם בכתב העת Current Biology.

 

כשהעטלפה מקבלת החלטה

במסגרת המחקר עקבו החוקרים אחר עטלפות-אימהות מניקות בצפון מדבר סונורה, הממוקם בגבול מקסיקו-ארצות הברית. האזור נחשב לאטרקטיבי במיוחד עבור העטלפות בשל פריחת הקקטוסים מזן הסגווארו, העשיר בצוף ובסוכר, שהוא המזון המועדף על העטלפים. במשך היום העטלפות שומרות על גוריהן במערה הממוקמת בצפון מדבר סונורה, ובלילה הן עפות לשדות הקקטוסים הממוקמים במרחק של עשרות ק"מ מהמערה. החוקרים הצמידו לעטלפות מכשיר  GPSזעיר שפותח באוניברסיטת תל אביב, ועקבו אחר פעילותן הלילית. הם גילו כי הסיבולת הנדירה של העטלפה אפשרה לה לעוף את המרחק העצום ללא מנוחה, והכל כדי למצוא מזון לגור שלה.

 

"עטלפים ידועים ביכולת הניווט המופלאה שלהם וביכולתם לעוף מרחקים ארוכים, אך נראה שמדובר בשיאנית עולם גאה. מדהים כמה מוכנה עטלפה קטנה להשקיע כדי להניק את הגור שלה", אומר פרופ' יובל.  

 

היה שווה כל לגימה. עטלפה נהנית מצוף מתוק בצפון מדבר סונורה. צילום: Jens Rydell

 

במהלך המחקר, בדקו החוקרים גם את תהליך קבלת ההחלטות של העטלפות בזמן שהן סועדות את ליבן בשדות הקקטוסים, ובמסגרת שיתוף פעולה עם המתמטיקאי עמוס קורמן ממכון CNRS שבצרפת, פיתחו מודל שמתאר את דרך קבלת ההחלטות של היונקות המעופפות. הם הבחינו שהעטלפות מחלקות את השדות לחלקות קטנות, פעולה שמאפשרת להן ליהנות בצורה שוויונית מהקקטוסים הטובים במינימום מאבקים והתנגשויות.

 

"לעטלפות יש אתגר לא פשוט", מסבירה איה גולדשטיין. "הן מגיעות לשדות שבהם אלפי קקטוסים, וצריכות להחליט כיצד לצרוך את הצוף שמופרש לאט לאט לאורך הלילה, תוך כדי התחרות בעטלפות אחרות בזמן הקצר שעומד לרשותן, כדי שלא לסכן את הגורים שנותרו לבדם במערה. גילינו שהן מבצעות תהליך חיפוש ולמידה בכדי לזהות סדרה של קקטוסים מוצלחים, שממנה הן ניזונות במהלך הלילה. כחלק מהתהליך הן נמנעות מקקטוסים פחות מוצלחים מבחינתן, כדוגמת קקטוסים שאין להן הרבה פרחים או קקטוסים שכבר מנוצלים על ידי עטלפות אחרות. כך למעשה הן יוצרות לעצמן טריטוריות, וצורכות את כמות הצוף המקסימלית עם מעט מאוד אינטראקציות שליליות וללא תקשורת ישירה ביניהן".

 

אחכה לך בשדות. הסטודנטית מיכל הנדל בשדה קקטוסים לצד מתקן צילום. על הקקטוס: מכשיר להקלטת האקולוקציה של העטלפות. צילום: איה גולדשטיין

 

מחקר

31.08.2020
האם המוח שלנו נוטה לזהירות-יתר או לזלזול בסיכונים?

מחקר חדש שופך אור על מנגנון ההישרדות שמפעיל המוח בתנאי אי ודאות

  • מוח
  • רפואה ומדעי החיים

מדי יום מתמודד המוח שלנו עם אינספור מצבים המצריכים ממנו להחליט האם כדאי לפעול בדרך אחת או אחרת. על סמך ניסיון העבר אנחנו יכולים לבצע בחירה במודע וגם שלא במודע - האם כדאי לנו לקחת סיכון, כשהרווח אינו מובטח לנו. מחקר חדש באוניברסיטת תל אביב בחן את התגובות של המוח בתנאי אי-ודאות וקונפליקט מלחיץ, בהזדמנויות ובסיכונים. החוקרים איתרו את האזורים במוח האחראים לאיזון העדין בין הכמיהה לזכות ברווח וההימנעות מהפסד אפשרי בדרך.

 

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".

 

מחקר

11.08.2020
הורדת רמת הלחץ לקראת ניתוח להסרת גידול מפחיתה את הסיכוי להתפתחות גרורות בעתיד

מחקר שנעשה בחולי סרטן המעי הגס הראה שטיפול להפחתת תגובות הלחץ בזמן הניתוח מקטין את הסיכוי להתפתחות גרורות סרטניות

  • מוח
  • חברה

בשורות מעודדות למנותחים פוטנציאליים: חוקרים מאוניברסיטת תל אביב הצליחו להפחית בצורה משמעותית את הסיכון להתפשטות גרורות סרטניות, לאחר כריתת הגידול בחולי סרטן המעי הגס. באמצעות טיפול תרופתי קצר קרוב למועד הניתוח, הצליחו החוקרים להוריד את תגובות הלחץ והדלקת הפיזיולוגיות של הגוף בתקופה קריטית זאת, ובכך למנוע התפתחותם של גרורות סרטניות במהלך השנים שלאחר הניתוח.

 

ירידה משמעותית בהופעת גרורות

במהלך המחקר, שנערך על ידי פרופ' שמגר בן-אליהו מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ובית הספר סגול למדעי המוח, ופרופ' עודד זמורה מהמרכז הרפואי אסף הרופא, עקבו החוקרים במשך שלוש שנים אחרי 34 חולים, שטופלו על ידם בניתוח להסרת גידול סרטני במעי הגס. בתקופת הניתוח, נתנו החוקרים לחולים שתי תרופות מוכרות ובטוחות: פרופרנולול (דרלין), תרופה להורדת לחץ דם ולהפחתת חרדה, ואטודולק (אתופן), תרופה המשמשת למניעת דלקות וכאבים. החל מחמישה ימים לפני מועד הניתוח ועד שבועיים אחריו, נטלו החולים את התרופות, כאשר מחציתם שימשו כקבוצת ביקורת וקיבלו תרופת פלסבו.

 

התוצאות שהתקבלו היו מעודדות מאוד: בקרב קבוצת החולים שקיבלה את הטיפול התרופתי נמצא כי הגרורות הסרטניות התפתחו רק אצל 12.5% מהחולים (2 מתוך 16 חולים). לעומת זאת, בקבוצת הבקרה (שלא קיבלה את הטיפול התרופתי) התפתחה מחלה גרורתית בקרב 33% מהחולים (6 מתוך 18 חולי הביקורת), בהתאם לסטטיסטיקה המקובלת בקרב חולים מסוג זה. פרופ' בן-אליהו הביע סיפוק רב מהנתונים, אך מציין כי "למרות שהתוצאות מרשימות, יש לחזור על מחקר זה עם מספר גדול בהרבה של חולים כדי להוכיח שהטיפול אכן מציל חיים". המחקר פורסם באחרונה בכתב העת Cancer.

 

להוריד את הפוטנציאל הגרורתי ברקמה

לדבריו של פרופ' בן אליהו, התרופות הפכו את הגידול ואת התאים הסרטניים שנותרו אחרי הניתוח מרקמה פרו-גרורתית לרקמה עם פחות פוטנציאל גרורתי, וזאת על פי סמנים מולקולריים בתאים הסרטניים שנחקרו על ידם. כמו כן, התרופות שינו לטובה את כמות ואת סוג הלויקוציטים (תאי הדם הלבנים) שבגידול, מדדים שאף הם מנבאים סיכוי נמוך יותר להישנות הסרטן.

 

"כשהגוף נמצא במצב של לחץ פיזיולוגי (כמו ניתוח) או פסיכולוגי, הורמונים ממשפחות הפרוסטגלנדינים והקטכולאמינים מופרשים בכמויות גדולות", מסביר פרופ' בן אליהו. "הורמונים אלה מדכאים את פעילות תאי המערכת החיסונית, ובכך מעודדים בעקיפין התפתחות גרורות סרטניות. בנוסף, הורמונים אלו מעודדים תכונות גרורתיות באופן ישיר ברקמה סרטנית. במחקר שלנו הצלחנו להראות שבאמצעות טיפול תרופתי זול ונגיש, ניתן להפחית תגובות לחץ ודלקת של הגוף בזמן הניתוח, להשפיע על תכונות הרקמה הסרטנית, ובכך להקטין משמעותית את הסיכון להתפתחות גרורות שיתגלו חודשים או שנים לאחר הניתוח".

 

לאחר הצלחת המחקר הראשוני, פרופ' בן-אליהו ופרופ' זמורה קוראים לחולי סרטן המעי הגס והלבלב בישראל, שעומדים לפני ניתוח, להירשם למחקר קליני רחב היקף שהתחיל בימים אלו בשמונה מרכזים רפואיים שונים בישראל, במטרה להציל חיים.

סקירת MRI של מוחות יונקים שונים

מחקר

20.07.2020
מה משותף למוח של דולפין, בן אדם וקנגורו?

סריקת מוחות של כ-130 מיני יונקים הוכיחה שהיכולת של המוח להעביר מידע ממקום למקום זהה אצל כל היונקים

  • מוח
  • רפואה ומדעי החיים

שאלת מיליון הדולר שמעסיקה עד היום את עולם המחקר היא כיצד עובד המוח. עד היום רווחה הדעה כי פעילות המוח שלנו, בני האדם, מתקדמת יותר מזו של בעלי החיים, אולם במחקר ראשון מסוגו שנערך באוניברסיטת תל אביב התקבלה תוצאה מפתיעה: בניגוד לסברה הרווחת, התברר כי האבולוציה עיצבה בצורה דומה את מוחות כל היונקים: רמת הקישוריות, כלומר יעילות העברת המידע ממקום למקום במערכת העצבית, זהה אצל כל היונקים כולל האדם. ממצא נוסף שהתגלה הוא 'מנגנון פיצוי', שבו המוח מפצה על קישוריות גבוהה באזור מסוים באמצעות קישוריות נמוכה יחסית באזור אחר, כדי לשמור על איזון בסיכום כולל.

 

עיצוב אבולוציוני מנצח

במחקר שנערך בהובלת פרופ' יניב אסף מבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה ובית ספר סגול למדעי המוח, ופרופ' יוסי יובל מבית הספר לזואולוגיה, מוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט ובית ספר סגול למדעי המוח, ערכו סריקת MRI מתקדמת למוחות של כ-130 מיני יונקים, במטרה לזהות את רמת הקישוריות בתוך המוח.

 

"הקישוריות המוחית, כלומר יעילות העברת המידע ממקום למקום במוח, היא תכונה מרכזית, בעלת חשיבות רבה מאוד לתפקודו של המוח. חוקרים רבים משערים כי רמת הקישוריות במוחו של האדם גבוהה משמעותית מזו של בעלי חיים אחרים, כהסבר אפשרי לתפקודה הגבוה של 'החיה האנושית'", אומר פרופ' אסף. מנגד, פרופ' יובל מסביר כי "ידוע שתכונות ותפקודים חשובים במיוחד נשמרים במהלך האבולוציה. כך לדוגמה, לכל היונקים יש ארבע גפיים. במחקר רצינו לבדוק את ההשערה שקישוריות מוחית היא תכונה מהותית מסוג זה, שאינה משתנה מיונק ליונק, ללא קשר לגודלו ולמבנה מוחו. לשם כך נעזרנו בכלים מחקריים מתקדמים".

 

"גילינו שהקישוריות במוח אינה תלויה בגודלו או במבנהו של המוח. במילים אחרות, מוחותיהם של כל היונקים, מאדם ועד עכבר, מפרה ועד דולפין, שומרים על רמת קישוריות זהה, והמידע מגיע ממקום למקום במוח באותה יעילות", מסביר פרופ' אסף. "בנוסף, מצאנו שכדי לשמור על האיזון מקיים המוח מנגנון פיצוי: כשהקישוריות בתוך שני חצאי המוח (ההמיספרות) גבוהה, הקישוריות בין ההמיספרות נמוכה, ולהיפך".

 

במחקר השתתפו חוקרים מבית החולים הווטרינרי האוניברסיטאי בבית דגן, מבית הספר למדעי המחשב ע"ש בלווטניק ומהפקולטה לרפואה בטכניון. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Neuroscience ביוני 2020.

 

יונקים אינטליגנטיים

 

הגודל לא קובע

בשלב הראשון ערכו החוקרים סריקות MRI בטכנולוגיה מתקדמת למוחות של יונקים מכ-130 מינים שונים (כל המוחות נלקחו מבעלי חיים מתים, ואף בעל חיים לא הומת לצורך המחקר), החל בעטלפים זעירים שמשקלם 10 גרם וכלה בדולפינים ששוקלים מאות קילוגרמים. מוחותיהם של כ-100 מהיונקים הללו לא נסרקו מעולם, כך שהמחקר יצר מאגר נתונים חדשני וייחודי מסוגו בעולם.

 

בנוסף נסרקו באותם אמצעים מוחותיהם של 32 בני אדם חיים. הטכנולוגיה הייחודית, המזהה את החומר הלבן במוח, איפשרה שחזור של הרשת המוחית: שלוחות תאי העצב במוח המשמשות להעברת מידע, והצמתים שבהם נפגשות השלוחות ומעבירות את המידע ביניהן.

 

האתגר הבא היה להשוות בין הסריקות של בעלי חיים ממינים שונים, שמוחותיהם שונים מאוד זה מזה בגודל ו/או במבנה. לשם כך גייסו החוקרים את תורת הרשתות, תחום במתמטיקה שאיפשר להם למדוד ולהחיל על כל המוחות מדד אחיד של קישוריות, כלומר מספר הצמתים של תאי עצב שמידע מסוים צריך לעבור בדרכו ממקום אחד למקום אחר במוח.

 

"מוחו של יונק מורכב משתי המיספרות המחוברות זו לזו באמצעות מערכת של סיבים (שלוחות תאי עצב) המעבירים מידע", מסביר פרופ' אסף. "אנחנו בדקנו עבור כל מוח שסרקנו ארבעה מדדי קישוריות: רמת הקישוריות בתוך כל אחת מההמיספרות, השמאלית והימנית; רמת הקישוריות בין שתי ההמיספרות; ורמת הקישוריות של המוח כולו. גילינו שהמדד הכולל עבור קישוריות המוח דומה מאוד בכל היונקים, כולל האדם. במילים אחרות: המידע מגיע ממקום למקום במוח דרך אותו מספר של צמתים עצביים במוחותיהם של כל היונקים, בין אם מדובר במוח עצום או זעיר. עם זאת, חשוב לציין שמוחות שונים נוקטים באסטרטגיות שונות כדי לשמור על קישוריות כוללת זהה. בחלק מהמוחות מצאנו קישוריות חזקה בתוך ההמיספרות וקישוריות חלשה יותר ביניהן, ובחלקם ההפך הוא הנכון".

 

"בנוסף גילינו שההבדלים בפיצוי ברמת הקישוריות בין חלקים שונים של המוח מאפיינים לא רק מינים שונים, אלא גם פרטים שונים באותו מין", מגלה פרופ' יובל. "כלומר, גם בקרב חולדות, עטלפים או בני אדם יש פרטים עם יותר קישוריות בתוך ההמיספרה ופחות בין ההמיספרות, ולהיפך. מאוד מעניין לשער כיצד טיפוסים שונים של קישוריות משפיעים על תפקודים קוגניטיביים שונים ועל יכולות אנושיות כמו ספורט, מוסיקה או מתמטיקה. במחקר עתידי בכוונתנו להתמקד בשאלות אלה."

 

חוק אוניברסלי חדש

"במחקר שלנו חשפנו חוק אוניברסלי: חוק שימור הקישוריות במוח. משמעות החוק היא שרמת היעילות של העברת מידע במערכת העצבית של המוח זהה בכל היונקים, כולל האדם, ללא קשר לגודל ולמבנה המוח", מסכם פרופ' אסף. "כמו כן גילינו מנגנון פיצוי מוחי, שמאזן את רמת הקישוריות במוח היחיד. מנגנון זה משמעו שקישוריות גבוהה באזור מסוים, שבאה לידי ביטוי בכישרון מיוחד בתחום מסוים (כמו למשל ספורט או מוסיקה), מאוזנת תמיד על ידי קישוריות נמוכה יחסית באזור אחר במוח. במחקרים הבאים נבחן תכונות ספציפיות ותהליכי למידה, וכיצד המוח מפצה על עיבוי הקשרים באזור מסוים".

עטלף תל אביבי בפעולה. צילום: שטפן גרייף

מחקר

09.07.2020
ממגדלי עזריאלי לדיזנגוף סנטר ובחזרה

עטלפים מנווטים באמצעות ראיה מצוינת ומפה מנטלית, בדיוק כמו בני האדם

  • מוח
  • רפואה ומדעי החיים

לראשונה, חוקרים מאוניברסיטת תל אביב עקבו אחר עטלפי פירות מרגע צאתם לעולם עד לבגרות, בניסיון להבין כיצד הם מנווטים למרחקים ארוכים. התוצאות המפתיעות: עטלפי פירות בונים במוחם מפה קוגניטיבית ראייתית של המרחב בדיוק כמו בני אדם, ומשתמשים בנקודות ציון בולטות בניווט. עוד תכונה מעניינת שנחשפה: גם עטלפים עושים קיצורי דרך כשהזמן דוחק והבטן מקרקרת.

 

סליחה, איך מגיעים לעזריאלי?

"שאלת היכולת של בעלי חיים לנווט למרחקים היא חידה מחקרית עתיקה, ועטלפים, כידוע, הם אלופי העולם בניווט: הם עפים עשרות קילומטרים בתוך שעות ספורות וחוזרים לנקודת המוצא", מסביר מוביל המחקר פרופ' יוסי יובל מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז. "לצורך המחקר הזה השתמשנו במכשירי GPS הזעירים בעולם, פרי פיתוחנו, כדי לערוך ניסוי שלא נערך קודם: לעקוב אחר גורי עטלפים מהרגע שבו הם פורשים כנף ועד לבגרות, כדי להבין כיצד מתפתחת יכולת הניווט שלהם מאפס. לא נערך מחקר דומה על אף בעל חיים, והתוצאות מעניינות מאוד". גורי העטלפים ממושבת העטלפים של אוניברסיטת תל אביב למדו להכיר את העיר באמצעות מבנים גדולים ומיוחדים, כמו מגדלי עזריאלי, דיזנגוף סנטר וכדומה.

 

את המחקר פורץ הדרך ערכו פרופ' יובל והסטודנטים אמיתי כץ, לי הרתאן, איה גולדשטיין ומיכל הנדל, מהמעבדה לתפיסה חושית וקוגניציה במחלקה לזואולוגיה, והוא התפרסם על שער כתב העת היוקרתי Science.

 

עושים קיצורי דרך

החוקרים עקבו אחר 22 גורי עטלפי פירות ממושבת העטלפים המיוחדת, שנמצאת באוניברסיטה עצמה, מינקותם ועד גיל בגרות, כשהם סורקים את העיר בחיפוש אחר מזון. תוצאות המחקר מראות כי העטלפים התל אביביים מנווטים במרחב בדומה מאוד לתל אביבים האנושיים.

 

"צריך להבין שעטלפים מנווטים באמצעות סונאר למרחקים קצרים בלבד, ליד עץ למשל", אומר פרופ' יובל. "לניווט למרחקים ארוכים משתמשים עטלפי הפירות בחוש הראייה. בסך הכול מיפינו כ-2,000 לילות תעופה של עטלפים בתל אביב, וגילינו שהעטלפים בונים לעצמם מפה מנטלית. הם לומדים לזהות ולהשתמש בציוני דרך כמו מגדלי עזריאלי, תחנת הכוח רידינג וקומפלקסים מובהקים אחרים בתל אביב כנקודות ציון ויזואליות. הראיה המובהקת ביותר לכך היא קיצורי הדרך. כמו בני אדם, בשלב מסוים גם העטלף מגיע מנקודה לנקודה בקו שהוא עוד לא עף בו. מאחר שאנחנו הכרנו את היסטוריית התעופה של כל עטלף מאז שהיה גור, ידענו להצביע ולהגיד - הנה, כאן הוא עושה קיצור דרך בפעם הראשונה. ובאמת ראינו שבמסלולים חדשים ולא מוכרים, העטלף עף גבוה מעל לבניינים. נעזרנו ברחפנים אותם העלינו למיקום ולגובה שבו עפים העטלפים, וראינו שאכן מדובר בזווית ראייה שממנה אפשר לראות בבירור את מגדלי העיר. זו עוד דוגמא מופלאה לכך שבעלי חיים עושים שימוש ביציר כפיהם של בני אדם".

 

"תהליך העיור המואץ הוא אחד הגורמים העיקריים לחיסול שטחי המחיה של בעלי חיים רבים. הבנה טובה יותר של התמודדות בעלי החיים עם העיר, כמו למשל כיצד הם מנווטים בה, תסייע לשמור על מגוון המינים ההכרחי למערכת האקולוגית", מסכם פרופ' יובל.

מחקר

23.03.2020
יש דבר כזה יותר מדי אהבה?

נמצאה הדרך לוויסות התנהגות חברתית מוגברת, שמקורה בחסר בגן מסוים

  • מוח
  • חברה

דמיינו לכם שילד זר ניגש אליכם סתם כך במקום ציבורי, מחייך אליכם ורוצה מאוד להפוך לחבר הכי טוב שלכם. נשמע תמים? יכול להיות, אך ככל הנראה שמדובר באחד מכ-800,000 הלוקים בתסמונת ויליאמס. מדובר בפגיעה גנטית, שבאה לידי ביטוי, בין היתר, בהפרעת התנהגות חברתית. הלוקים בה הם ילדים שמחים, חיוניים, קופצניים ולבביים במיוחד, שלא מצליחים לעצור את עצמם מלהעניק אהבה לסביבה ולרצות להכיר אנשים חדשים כל הזמן. על פניו זה נשמע כמו תסמונת מקסימה ואופטימית, במיוחד בימים שבהם הניכור וההתבודדות החברתית רק הולכים ומחמירים, אבל יש בה גם צדדים פחות חיוביים, כמו מוגבלות שכלית ובעיות בריאות משמעותיות.

 

המעבדה של ד"ר בועז ברק מבית הספר סגול למדעי המוח ומבית הספר למדעי הפסיכולוגיה, חוקר נוירו-גנטיקה של הפרעות התנהגות, נמצאת על סף פריצת דרך מדעית, שתאפשר ללוקים בתסמונות הקשורות ליכולות חברתיות, לווסת התנהגות לרמות נורמליות, הן מצד החולים בתסמונת ויליאמס, שאצלם יש חברותיות יתר, ובתקווה שגם לאלו מהצד השני הסובלים מחסך בחברתיות, כפי שהיא מופיעה אצל הלוקים על הספקטרום האוטיסטי למשל.

 

מיאלין - מגן על סיבי העצבים וגם משפיע על האישיות

תסמונת ויליאמס היא תסמונת גנטית נדירה, הנגרמת בגלל הפרעה כרומוזומלית. "מדובר בחסר של 27-25 גנים בכרומוזום מסוים, שקיים אצל 95% מהלוקים בה", מסביר ד"ר ברק, שחוקר את הסיבות הגנטיות להפרעות התנהגות חברתית ספציפית, עם דגש על שתי תסמונות: אוטיזם, שם יש חסך בהתנהגות חברתית, ותסמונת ויליאמס. "מתוך 25 הגנים המדוברים יש גן שנקרא GTF2I, שלאחר הפגיעה בו מופיעה ההתנהגות החברתית המוגברת. אנחנו רצינו להבין מדוע חסר בגן הזה מוביל להתנהגות המוגברת הזו".

 

כדי לחקור את חשיבות הגן באזור מוחי מסוים ובאוכלוסיית תאים מסוימת, השתמש ד"ר ברק בחיית מודל, אשר הונדסה גנטית כדי להוות מודל לתסמונת. "במקום לפגוע בביטוי הגן בכל גוף העכבר, הינדסנו אותו כך שפגענו בגן זה באזורי מוח מסוימים בלבד אצל העכברים, וגילינו שפגיעה זו מספיקה כדי לעודד חברתיות יתר", הוא מספר.

 

"כעת רצינו לראות אילו מהגנים בקליפת המוח החיצונית של העכברים, באים לידי ביטוי אצל עכבר חולה לעומת עכבר בריא. לכן ערכנו לכל אחד מהם ריצוף גנטי. אצל העכברים החולים ראינו ירידה ברמת ביטוי גנים רבים, וגילינו ש-70% מהגנים שביטויים ירד בצורה משמעותית במוח של החיה החולה - קשורים למיאלין (מיאלין הוא החומר שעוטף ומבודד את הסיבים העצביים במערכת העצבים, כדי שיוכלו להעביר את הדחפים העצביים כהלכה, ובכך להוביל לתקשורת תקינה בין תאי העצבים במוח). כששכבת המיאלין אינה תקינה, מהירות ההולכה של האות החשמלי איטית יותר, הוא דועך ובעצם לא מגיע ליעדו, ואז יש פגיעה בתפקוד של תא העצב וכתוצאה מכך בתפקוד של אזורי המוח השונים".

 

כך גילתה קבוצת המחקר עדות ראשונה לכך שבתסמונת ויליאמס ישנה פגיעה בבידוד של עצבי המוח, וכתוצאה מכך - בתפקוד שלהם. "הוכחנו שיש ירידה בביטוי של גנים שקשורים במיאלין, וגילינו שמספר התאים שמייצרים מיאלין קטן יותר בקרב חיות המודל לתסמונת, ובדגימות מוח שנלקחו מאנשים שסבלו מהתסמונת ונפטרו. פגיעות אלה מובילות לפגיעה בעובי המיאלין, שהוא דק יותר ופחות פונקציונלי. כל אלו גורמים לבעיית מוליכות עצבית ולפגיעה בהתנהגות מוטורית, שידוע שהיא נפגעת כשיש פגיעה במיאלין".

 

חתך רוחבי של שלוחת תא העצב (אקסון) אשר עטופה בשכבת מיאלין (בשחור), במוח עכבר המודל (צילום מיקרוסקופ אלקטרוני: ד"ר בועז ברק)

 

"לנרמל" את תהליך ייצור המיאלין

משגילו מה לקוי אצל החולים בתסמונת ויליאמס, הבינו החוקרים שהפגיעה במיאלין בתסמונת ויליאמס דומה למצב הקיים אצל חולי טרשת נפוצה (אך הנובע מסיבות שונות), שם הגוף חושב שהמיאלין הוא גוף זר ותוקף אותו. "החלטנו לתת תרופות שניתנות בטרשת נפוצה כבר 20 שנה ומוכחות כבטוחות וטובות, לאנשים עם תסמונת ויליאמס".

 

החוקרים נתנו לעכברים תרופה שמשפרת את המוליכות העצבית, ותרופה נוספת שמגבירה ייצור של מיאלין. שתי התרופות מאושרות ע"י ה-FDA. הן ניתנות באופן שיטתי לחולי טרשת נפוצה במטרה לעכב את התפתחות המחלה, ונחשבות לבטוחות.

 

"למרבה השמחה התרופות שיפרו את המוליכות העצבית ואת ההתנהגות החברתית והמוטורית של עכברי המודל לתסמונת", אומר ד"ר ברק ומוסיף "כעת אנחנו בפתחם של ניסויים קליניים גם בבני אדם, שייקחו חלק בניסוי במשך שלושה חודשים, בשיתוף עם פרופ' דורון גוטהלף, פסיכיאטר ילדים מהמרכז הרפואי שיבא. מדובר בתרופה שמדרבנת תאים מייצרי מיאלין לעשות את עבודתם, מה שלא קורה באופן טבעי אצל הלוקים בתסמונת ויליאמס וגם אצל חולי טרשת נפוצה, ואנחנו מקווים שהיא "תנרמל" את תהליך ייצור המיאלין בגוף החולים".

 

ד"ר ברק מקבל פניות קורעות לב של הורים לילדים הלוקים בתסמונת מכל העולם, אשר מבקשים לקבל את התרופה ולהשתתף בניסוי. "מצד אחד זה קשה, כי הרי אי אפשר לקבל את כולם, ומצד שני זה אחד הדברים שמדרבנים להמשיך ולעבוד על המחקר ולמצוא את הפתרון לתסמונת המורכבת הזו".

 

לשאלה האם בעקבות הגילוי יהיה אפשר 'לשחק' עם רמות הגן, כדי להשפיע על ההתנהגות החברתית, ולתת למי שיחפוץ בכך 'מנת אהבה', עונה ד"ר ברק בחיוך "ללא ספק, מדובר בדיון פילוסופי מורכב, שהרי יש גם מי ששואל 'מי אמר שילד הלוקה בתסמונת היה רוצה שירפאו אותו מזה?'"

מחקר

05.03.2020
חוקרים מצאו שיטה לחזק את הזיכרון תוך כדי שינה

השיטה פורצת הדרך, שעושה שימוש בחוש הריח, עשויה לסייע לשיקומם של נפגעי פוסט טראומה ואנשים עם פגיעה מוחית

  • מוח
  • רפואה ומדעי החיים

"אנחנו יודעים שבמהלך השינה מתרחש במוח תהליך של התגבשות הזיכרון (קונסולידציה)," מסביר פרופ' יובל ניר מביה"ס סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. "זיכרונות שנצברו לאחרונה במאגר הזיכרון לטווח קצר שנמצא בהיפוקמפוס מועברים בהדרגה למאגר הזיכרון לטווח ארוך בקליפת המוח. במחקר זה ביקשנו לבחון לעומק את תהליך התגבשות הזיכרון במוח במהלך השינה – על ידי השוואה בין הפעילות המוחית באזורים שבהם הוא מתרחש לפעילות באזורים שבהם הוא אינו מתרחש."

 

המחקר המשותף של אוניברסיטת תל אביב ומכון ויצמן למדע הניב שיטה חדשנית לבדיקה ולהשפעה נפרדת על תהליך התגבשות הזיכרון בצד אחד של המוח במהלך השינה. השיטה, המתבססת על הזרמת ניחוח מעורר זיכרון לאחד הנחיריים בלבד, עשויה בעתיד לסייע בחיזוק הזיכרון בצד הפגוע אצל נפגעי מוח. בנוסף היא עשויה לסייע בהשבת האיזון למוחם של נפגעי פוסט-טראומה.

 

מובילי המחקר הם: אלה בר, דוקטורנטית משותפת של אוניברסיטת תל אביב ומכון ויצמן למדע, פרופ' יובל ניר מביה"ס סגול למדעי המוח והמחלקה לפיזיולוגיה ופרמקולוגיה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת תל אביב, פרופ' ידין דודאי, פרופ' נעם סובל ופרופ' רוני פז מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע. המחקר התפרסם בכתב העת Current Biology.

 

מחקר בניחוח ורדים

משתתפי המחקר התבקשו ללמוד את מיקומן של מילים שהופיעו מולם על מסך בזו אחר זו – חלקן מימין וחלקן משמאל. "ידוע לנו ממחקרים אחרים שדברים המופיעים בשדה הראיה השמאלי נשמרים בצדו הימני של המוח, ולהפך," אומרת אלה בר. "מבלי שהנבדקים ידעו על כך, חילקנו את המילים באופן שווה – חציין הופיעו מימין וחציין משמאל." בנוסף, במהלך הלמידה, הוזרם ריח נעים של ורדים דרך מסיכה שכיסתה את אפם של הנבדקים. מיד לאחר הלמידה ביצעו הנבדקים מבחן זיכרון על המילים אותן הם למדו.

 

לאחר מבחן הזיכרון התבקשו הנבדקים לישון בחדר שיועד לכך. בעזרת מתקן שתוכנן במיוחד, המפריד בין הסביבה הנשימתית של שני הנחיריים, החדירו החוקרים פולסים של ניחוח ורדים רק לאחד הנחיריים של הנבדק הישן. "הריח, שקושר במוחם של המשתתפים למטלת הלמידה שבוצעה קודם לכן, הגיע מהנחיר אליו הוא הוזרם אל החלק של המוח באותו הצד," אומרת אלה. "אנחנו בדקנו את השפעתו על תהליך התגבשות הזיכרון בצד המושפע מהריח לעומת הצד שלא קיבל פולסים של ריח ורדים."

 

הקשר בין ריח, שינה והתגבשות הזיכרון

החוקרים נעזרו במכשיר EEG כדי להשוות בין גלי המוח בשני צידי המוח. ואלו היו הממצאים:

  • בזמן מתן פולסי הריח יש עלייה בעוצמת גלי המוח הקשורים להתגבשות הזיכרון, ובצד הקולט נצפה סנכרון מוגבר בין גלי המוח – תופעה אשר ככל הנראה מעודדת את תהליך התגבשות הזיכרון.
  • השינה בצד של המוח שקלט את הריח הייתה קלה יותר באותה עת, וככל שהשינה הייתה קלה יותר כך השתפר הזיכרון של הנבדק (על פי המבחן הסופי).
  • והמבחן המכריע מכל: לאחר שהתעוררו התבקשו הנבדקים לעבור מבחן זיכרון נוסף למילים אליהן נחשפו לפני שנרדמו. "מצאנו שמיקומי המילים שנשמרו בצד המוח שהושפע מהריח נזכרו טוב יותר במידה משמעותית ממיקומי המילים שנשמרו בצד השני." אומרת אלה בר.

 

"השיטה שפיתחנו מאפשרת לראשונה להשוות בין תהליכי התגבשות הזיכרון בשני צדי המוח – באותו אדם ובאותו שלב של השינה, והיא תסייע לנו ולחוקרים אחרים במחקרי המשך להבנת תרומת השינה לזיכרון," מסכם פרופ' ניר. אלה מוסיפה: "בנוסף מצאנו שהשיטה מעצימה את התגבשות  הזיכרון באחד מצדי המוח, ולכן היא עשויה לשמש בסיס לפיתוח טיפולים בקליניקה. טיפול כזה עשוי לסייע למטופלים עם פגיעה מוחית בעקבות תאונה או שבץ, וגם לנפגעי פוסט טראומה - אצלם יש פעילות יתר של צידו הימני, הרגשי, של המוח בעת היזכרות בחוויה הטראומטית; חיזוק הצד השמאלי, האחראי לביטוי המילולי של הטראומה, עשוי לייצר איזון ולסייע להם בהתמודדות."

מחקר

27.01.2020
"איברים על שבב" – העתיד החדש של פיתוח התרופות

מערכת חדשנית המחברת בין מספר איברים-על-שבב סוללת את הדרך למהפכה בפיתוח תרופות

  • מוח
  • הנדסה וטכנולוגיה

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב הצליחו לפתח מערכת חדשנית המחברת בין מספר איברים-על-שבב, ומדמה את פעולתן של מערכות שלמות בגוף האדם. השיטה החדשנית עשויה לחולל מהפכה של ממש בתהליך של פיתוח תרופות, שאורך כיום שנים ארוכות ועולה כסף רב, ולמרות זאת יעילותו חלקית ביותר. יתרון אפשרי נוסף של הטכנולוגיה החדשה הוא מניעת הבעיות האתיות הכרוכות בניסויים בבעלי חיים.

 

המחקרים בוצעו בשיתוף עם אוניברסיטת הרווארד, ובהשתתפות 57 חוקרים ממוסדות מחקר ומחברות לפיתוח תרופות בעולם. שני המאמרים פורסמו בכתב העת Nature Biomedical Engineering בינואר 2020.

 

"פיתוח תרופות כרוך היום בתהליך שאורך 20-10 שנה, ועולה כ-2-1 מיליארד דולר לתרופה," מסביר ד"ר בן מעוז מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, שנמנה על מובילי הפרויקט הבינלאומי. "מתוכו, כ-6-3 שנים מוקדשות לניסויים בתרביות ובבעלי חיים, ועוד כ-8-6 שנים מוקדשות לניסויים קליניים בבני אדם. ולאחר כל המאמץ וההשקעה, מסתבר שהתהליך אינו יעיל: כ-90-60% מהתרופות שמיטיבות עם בעלי חיים נכשלות בבני אדם. מצב זה גורם לחוקרים בכל העולם לחפש הליכים חלופיים לפיתוח תרופות. אחת הטכנולוגיות בעלות הפוטנציאל הגדול ביותר בתחום היא OOC (Organ-on-a-Chip), או בעברית 'איבר-על-שבב." במסגרת השיטה, שפותחה לראשונה ב-2010 באוניברסיטת הרווארד, משתמשים המדענים בתאים מאיבר אנושי מסוים – לב, מוח, כליה, ריאות וכדומה, ובעזרת טכניקות של הנדסת רקמות מניחים אותם במחסנית מפלסטיק – הלא היא השבב.

 

הכי קרוב שיש לאיבר האנושי

בשנים האחרונות פותח בעולם מגוון רחב של 'איברים-על-שבב' המתפקדים כמו האיבר האנושי עצמו.  ד"ר מעוז פיתח לפני כשנתיים איבר-על-שבב המחקה את פעולתו של מחסום הדם-מוח, ובמקומות אחרים פותחו שבבים של לב, כליות, מעיים ועוד. בפרויקט הנוכחי פותחה לראשונה מערכת שמסוגלת לחבר בין השבבים השונים, ומאפשרת לדמות את פעולתן של מערכות שלמות בגוף האדם, ואת תגובתן לתרופות ניסיוניות המוזנות למערכת.

 

המערכת פותחה ונבחנה בשני מחקרים: במחקר הראשון פיתחו החוקרים מערכת רובוטית אוטומטית שיכולה לחבר באופן פשוט ומודולרי בין שבבים של עד 10 איברים שונים, ומאפשרת שליטה בכל חומר שנכנס לכל שבב ויוצא ממנו. בנוסף הם יצרו עבור הרקמות שעל השבבים סביבה ביולוגית מתאימה ותומכת, מעין 'דם מלאכותי', שמאפשר להן לתפקד ולתקשר ביניהן לאורך זמן. החוקרים הציבו במערכת 9 איברים-על-שבב – מוח, מחסום הדם-מוח, ריאות, לב, מח עצם, כליה, מעי, כבד ועור, ונוכחו כי היא פועלת בהצלחה במשך שלושה שבועות לפחות.

 

במחקר השני הוסיפו החוקרים תרופות שונות למערכת האוטומטית, ובדקו כיצד מגיבים האיברים השונים. ראשית הוחדר למערכת ניקוטין, חומר שבדרך כלל נלקח דרך הפה כדי לסייע בגמילה מעישון, ונבחן כיום גם כתרופה למחלות ניווניות ולדלקות כרוניות של המעי.  "עבור תרופות הנלקחות דרך הפה יש חשיבות גדולה לתהליך הקליטה של התרופה בגוף - דרך המעי שסופג אותה, הכבד שמפרק אותה ולבסוף הכליה שמסננת את החומר," אומר ד"ר מעוז. "לכן, עבור הניקוטין, היצבנו בפלטפורמה שלנו שבבים של שלושת האיברים הללו." התרופה השנייה שנבדקה הייתה ציספלטין, מרכיב נפוץ בטיפולים כימותרפיים לסרטן הניתנים דרך הווריד. עבורה הוצבו במערכת שבבים של כבד וכליה, וכן שבב של מח עצם, המושפע מאוד מהתרופה.

 

תוצאות מקבילות למדדים האנושיים

האתגר הבא היה להתאים את התוצאות שנמדדו בפלטפורמה החדשנית לגוף האדם כמערכת כוללת, ולגשר על הפערים ביניהם. לשם כך פיתחו החוקרים מודלים חישוביים שמתרגמים את הערכים שהתקבלו במערכת לתוצאות מקבילות של בדיקות קליניות בבני אדם. ואכן, השילוב בין המערכת האוטומטית של איברים-על-שבב למודלים החישוביים הניב ערכים קרובים מאוד לאלה שנמדדו אצל מטופלים אנושיים בקליניקה.

 

"לראשונה בעולם הצלחנו לפתח פלטפורמת איבר-על-שבב מהימנה וגמישה, שנותנת תוצאות קרובות מאוד לאלה המתקבלות אצל מטופלים אנושיים," מסכם ד"ר מעוז. "כבר היום, לאחר שרשות התרופות האמריקאית (FDA) הודיעה כי היא תומכת בפיתוח איברים-על-שבב שישמשו ככלי תומך לפיתוח תרופות, יכולות חברות ומעבדות העוסקות בתחום להיעזר במערכת שלנו. כמו כן אנו מאמינים ומקווים שבעתיד, לאחר פיתוח נוסף, תוכל הפלטפורמה החדשה לשמש כחלופה לניסויים בבעלי חיים ואף לחלק ניכר מהניסויים הקליניים בבני אדם. כך היא תחסוך שנים של מחקר, כסף רב וגם סבל של בני אדם ובעלי חיים כאחד."

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>
אוניברסיטת תל-אביב, רחוב חיים לבנון 30, 6997801.
UI/UX Basch_Interactive