מחקרים מגוונים על עקרונות הוויסות של מנגנוני למידה וזיכרון במוח עשויים לשמש בסיס לפיתוח תרופות עתידיות לחיזוק ושיפור הזיכרון
מחקרים
RESEARCH
מה מעניין אותך?
מחקר
28.08.2011
תהליכי זיכרון באיזון הנכון
- רפואה
- רפואה ומדעי החיים
רעש רקע
"המפתח לתהליכים תקינים של זיכרון ולמידה מצוי בסינפסות – האזורים במוח המקשרים בין תאי העצב, ואחראים על העברת מידע מתא עצב אחד למשנהו," מסבירה ד"ר סלוצקי, ראש הקבוצה לחקר הפלסטיות הסינפטית בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר. "ליתר דיוק, המפתח נמצא בפעילות הרקע המתמשכת – זו הפעילות המתקיימת בסינפסה החיה גם בשעת מנוחה. רמה אופטימלית של פעילות רקע שומרת על הגמישות הסינפטית, שהיא הכרחית לתקינותם של הזיכרון והלמידה. גילינו שעלייה בפעילות הרקע היא הגורם הקריטי לשיבושים בתהליכי הזיכרון והלמידה בשלבים מוקדמים של מחלת האלצהיימר."
באחד ממחקריה בחנה ד"ר סלוצקי את תפקידו של החלבון בטא-עמילואיד שהצטברותו במוח מוכרת כמאפיין מרכזי של מחלת האלצהיימר. חוקרים רבים בעולם שואפים היום לפתח תרופות שחוסמות או משמידות את החלבון הנחשב לרעיל, אך העבודה של ד"ר סלוצקי וקבוצתה מוכיחה כי זו תהיה טעות קריטית. במסגרת המחקר, גידלו החוקרת וצוותה רשתות עצביות מתוך היפוקמפוס של עכברים – אותו אזור במוח האחראי על תהליכי זיכרון ולמידה - ובחנו את המתרחש בסינפסות. הם גילו כי בטא-עמילואיד, המופרש ברמה מסוימת גם מסינפסות בריאות, ממלא תפקיד חיוני בוויסות תהליכי העברת המידע ברשתות עצביות תקינות במוח. יתרה מכך, חסרונו פוגע בתהליכים אלה כמו הכמות העודפת האופיינית לאלצהיימר.
הכל במידה
במחקר אחר יישמה קבוצתה של ד"ר סלוצקי טכנולוגיה פורצת דרך, המהווה מהפכה של ממש בחקר המוח. מדובר בשיטות מתחומי ההדמיה והננוסקופיה, שאפשרו לצוות המעבדה לצפות לראשונה בפעילות המוחית ברמה של סינפסות בודדות של תא עצב חי. המדענים בחנו שינויי מבנה המתרחשים בחלבוני האיתות המווסתים פעילות סינפטית, ובעזרת הטכנולוגיה החדשנית הצליחו למדוד שינויים של ננומטרים בודדים. היכולת המהפכנית שימשה אותם בבדיקת הבדלים בעוצמת הפעילות בין הסינפסות, תופעה המכונה 'שונות סינפטית' ומהווה גורם מכריע בתהליכי קידוד ועיבוד מידע.
הבדיקה ברזולוציה כה גבוהה חשפה, כי המחולל העיקרי של ההבדלים בעוצמת הפעילות בין הסינפסות הוא המוליך העצבי הנפוץ GABA, שתפקידו לרסן את הפעילות הסינפטית. התברר כי ריכוזו בסביבת הסינפסה הוא שקובע את עוצמת התקשורת בין תאי עצב סמוכים. וגם כאן, ממש כמו במקרה של בטא-עמילואיד, המפתח לפעילות תקינה מצוי בכמות נכונה: רמה אופטימלית של GABA היא שמאפשרת לרשתות סינפטיות לבצע את תפקידן באופן מיטבי.
חידוש נוסף ממעבדתה של ד"ר סלוצקי, בשיתוף עם קבוצת מחקר בינלאומית, מגלה כי רמת יוני המגנזיום במוח חיונית לתהליכי הזיכרון והלמידה. החוקרים גילו, כי עלייה ברמת המגנזיום במוח הובילה לשיפור בזיכרון המרחבי והאסוציאטיבי, לעלייה בגמישות הסינפטית ולגידול משמעותי במספר הסינפסות בהיפוקמפוס. המגנזיום שיפר זיכרון ותפקוד סינפטי הן בחולדות צעירות והן בחולדות מבוגרות.
תגליותיה המגוונות של ד"ר סלוצקי תורמות תרומה משמעותית למחקר המדעי על מנגנוני הזיכרון והלמידה, ועשויות לשמש בסיס לפיתוח תרופות עתידיות, שיחזקו את כושר הזיכרון, ואף ייתנו מענה למחלות ניווניות כמו מחלת האלצהיימר.
מתוך חוברת "מצב המוח" בעריכת דוברת האוניברסיטה >>
מחקר
28.08.2011
על חשמל, זיכרון ושכחה
פענוח הפעילות החשמלית בתאי העצב במוח מאיר באור חדש את תהליכי הזיכרון והשכחה וסולל דרך לפיתוח תרופות לאפילפסיה, לאלצהיימר ולפרקינסון.
- מוח
- רפואה ומדעי החיים
תשתית מדעית למפתחי התרופות
כשפרופ' נתן דסקל היה חוקר צעיר, בראשית דרכו המדעית, לקתה אימו בלחץ דם גבוה. הוא מאוד רצה לעזור, ובחר בדרך מיוחדת משלו: הוא החל לחקור מנגנוני פעולה של תאים המגיבים לשינויים במתח חשמלי - או בשמם המדעי, תאים אקסיטביליים. הוא קיווה כי הבנת התהליכים המולקולאריים הללו, המפעילים, בין השאר, את שרירי הלב, תניב תובנות גם לגבי מנגנונים המשבשים פעולה חיונית זו - ומכאן יצמח מרפא למחלתה של אימו.
המחקר המולקולארי הבסיסי של פרופ' דסקל נשא פרי, ותרם תרומה משמעותית להתפתחותו של תחום רפואי חדשני הקרוי קרדיולוגיה מולקולארית. הוא חקר חלבונים הקרויים תעלות יוניות, בהם תעלות סידן ו-GIRK, המשתתפים ביצירת האותות החשמליים בתא, וגילה את הגנים המקודדים את החלבונים ומוטציות המשבשות את פעילותו של התא. הוא אף הצליח לשבט את הגן התקין של GIRK כבסיס לפיתוח תרופה. וכך, כעבור שנים, התגשם חלומו, ואימו זכתה ליהנות מתרופות מתקדמות שפותחו, בין היתר, גם על סמך עבודתו המדעית של בנה. "לאורך כל חיי המקצועיים אני עוסק במחקר בסיסי," הוא אומר. "כמו כל פירמידה, גם המחקר הרפואי זקוק לבסיס רחב ואיתן - ואני משתדל להניח עבורו את היסודות האלה, ולספק למפתחי תרופות תשתית מדעית מוצקה. אני מאמין בכל לבי, שרק הבנה ברמה הבסיסית ביותר - של המנגנונים המולקולאריים המניעים, מצד אחד, תהליכים תקינים בגוף, ומצד שני, מחלות שמשבשות אותם - מאפשרת לנו לפתח תרופות יעילות וממוקדות, ולהביא מזור לחולים."
מסרים חשמליים
במעבדתו בתחום נוירוביולוגיה מולקולארית, שואף פרופ' דסקל ליישם את הידע והניסיון שצבר על תחום מורכב במיוחד: שפת התקשורת החשמלית בין תאי העצב במוח, המשתייכים אף הם לקטגוריית התאים האקסיטביליים. עבודתו מתמקדת במנגנונים המעוררים או מדכאים פעילות חשמלית, המורכבים משני גורמים מרכזיים: מוליכים עצביים (נוירוטרנסמיטורים) - חומרים כימיים המופרשים על-ידי תא אחד ומעבירים את המסר החשמלי לתא הסמוך לו; ותעלות יוניות - חלבונים בקרום התא שקולטים את המסר מהמוליך העצבי, ויוצרים שינוי במתח החשמלי של התא.
חלבונים אלה מעורבים, לדוגמה, בתופעות של זיכרון ומחיקתו ברמה התאית. ידוע שאירוע חיצוני רב-עוצמה גורם לעלייה רגעית בהפרשתו של מוליך עצבי לאורך מסלול מסוים במוח, והדבר מביא להגברת העוצמה והתדר של הפעילות החשמלית בתאי העצב. התהליך, שנמשך שניות ספורות בלבד, נרשם בזיכרון התאי, ומעתה והלאה, כל המסרים במסלול זה יועברו בעוצמה מוגברת. מנגד, בוחן צוות החוקרים מנגנונים מדכאי פעילות, המביאים לירידה ברמת הפעילות החשמלית ואף למחיקת זיכרונות שאין בהם עוד צורך (או, במילים אחרות, מנגנוני שכחה), הנגרמים על-ידי מוליכים עצביים מעכבים. "פענוח מנגנוני התקשורת החשמלית במוח עשוי, בעתיד, לשמש בסיס לפיתוח תרופות יעילות למחלות נוירולוגיות כמו אפילפסיה, מחלות ניווניות כמו אלצהיימר ופרקינסון, מחלות נפש כמו הפרעה דו-קוטבית וסכיזופרניה, וגם תופעות כמו אוטיזם ורגישות-יתר לאלכוהוליזם והתמכרויות אחרות" אומר פרופ' דסקל. "עם זאת, המוח הוא מערכת מורכבת ביותר - יותר מכל מערכת אחרת בגוף האדם, והדרך להבנה עמוקה של פעילותו עודנה ארוכה עד מאוד."
מתוך חוברת "מצב המוח" בעריכת דוברת האוניברסיטה >>
מחקר
24.08.2011
על דיכאון ושעון חורף
מחקרים על מכרסמים יומיים עשויים להוות תשתית לפיתוח תרופות נגד דיכאון. אז מה משותף לבני האדם ולפסמון? ומה הקשר בין חורף ודיכאון? תסתכלו בשעון.
- מדעי החיים
- רפואה ומדעי החיים
מצב הרוח לפי שעה
פגיעה בתפקוד השעון הביולוגי או פעילות בניגוד לשעון, כמו למשל במצב של ג'ט לג ועבודה במשמרות, מביאה לפתולוגיות שונות בחיות מודל ובבני אדם, ביניהן נדודי שינה, סרטן, בעיות לב, השמנה, סוכרת ואף דיכאון. כדי לרדת לעומקן של תופעות אלה, עורכת פרופ' קרונפלד-שור מחקרים השוואתיים בין בעלי חיים ליליים לבין בעלי חיים יומיים – שעמם נמנה האדם. הכרת המנגנון הקובע את שעות הפעילות עשויה להביא לפריצות דרך משמעותיות במחקר הביו-רפואי. לאור הבנות אלה, בחנה המדענית באחד ממחקריה - בשיתוף עם פרופ' חיים עינת מהמכללה האקדמית בתל אביב - את הקשר בין השעון הביולוגי לבין אחת הפתולוגיות הקשורות לשיבושו - הדיכאון. אף שהקשר עצמו ידוע זה מכבר, הרי שהמנגנון העומד בבסיס המחלה, והקשר שלה לשעון הביולוגי, עדיין אינם ידועים, ואף התרופות לדיכאון פותחו עד היום על בסיס של ניסוי וטעייה, ולא על סמך הבנה מנגנונית ברורה.
הנחת המחקר הראשונה הייתה, כי ייתכן שאחת הבעיות בפיתוח מודל מתאים לחקר הדיכאון היא השימוש בחיות מודל פעילות לילה – חולדות ועכברי מעבדה. לפיכך, בחרו החוקרים לעבוד עם מכרסם ישראלי יומי הקרוי פסמון, שהוא חיה יומית כמו האדם. עבודתם התמקדה, ראשית כול, בתופעת הדיכאון העונתי, הנובעת ככל הנראה מחשיפה למיעוט שעות אור בחורף.
פסמון בדיכאון
חשיפת פסמונים לשעות אור מועטות מדי יום גרמה להם להתנהג בצורה המקבילה לדיכאון עונתי אצל בני אדם: הימנעות מאינטראקציות חברתיות, חרדה, היעדר תעוזה ונחישות וכו'. כמו כן, התברר שהזרקת מלטונין – הורמון מרכזי בשעון הביולוגי, המופרש במהלך הלילה בחיות יומיות וליליות, ושמשך הפרשתו מוגבר במהלך החורף – מביאה אף היא להתנהגות דמוית דיכאון בפסמונים. ניסויים נוספים הראו, כי השפעתם של תרופות וטיפולים שונים, הידועים כיעילים לטיפול בדיכאון באדם, יעילים גם בפסמונים. מפתיעה ומעודדת במיוחד הייתה העובדה כי בפעם הראשונה נמצאה חיית מודל בה טיפול באור בהיר בבוקר היה יעיל בטיפול בסימפטומים, אפילו במידה רבה יותר מאשר תרופות. תוצאות אלו מוכיחות, כי השימוש בחיית מודל יומית אכן יכול לתרום לחקר המנגנון של מחלת הדיכאון. המשך המחקר עשוי לשמש כתשתית לפיתוח תרופות מבוססות מנגנון, שיקלו על סבלם של מיליוני בני אדם בכל העולם.
פרופ' נגה קרונפלד-שור היא ראש המעבדה לפיזיולוגיה אקולוגית ואבולוציונית, ומנהלת אקדמית של הגן למחקר זואולוגי באוניברסיטת תל-אביב.
