הטיפול שעשוי למנוע פיגור התפתחותי ואוטיזם נמצא כבר בשלבי פיתוח התרופה
מחקרים
RESEARCH
מה מעניין אותך?
מחקר
15.11.2018
מקטע הגן שיגן על המוח מפני אוטיזם ופיגור
- מוח
בכל הקשור להיריון וללידה, אנחנו בדרך כלל לא אוהבים הפתעות. ככל שהרפואה מתקדמת, גדל סל בדיקות ההיריון המומלץ לנשים, על מנת לאתר בעיות ומומים בעובר. המיכשור משתכלל גם הוא, ומבדיקות אולטראסאונד בשחור לבן, עברנו כבר מזמן לבדיקות צבעוניות בתלת מימד. אבל לצערנו, טרם נמצאה הדרך לאבחון מוקדם של אוטיזם - הפרעה התפתחותית-נוירולוגית בעלת דרגות שונות, שמקשה על האדם לקיים אינטראקציה חברתית ותקשורתית, וניתנת לאבחון בדרך כלל בשנים הראשונות לחיי הילד.
כ-0.17% מכלל הילדים האוטיסטים, סובלים מתסמונת ADNP - מוטציה גנטית הנמנית על הגורמים המרכזיים לעיכוב התפתחותי ולאוטיזם אצל ילדים. המוטציה שגורמת לתסמונת ADNP היא רנדומלית, לא צפויה וכנראה מתרחשת בזמן ההיריון – לא ברור מתי. אפשר לזהות את תסמונת ה-ADNP די מוקדם בילדים המתפתחים לאחר הלידה, הם לוקים בהתפתחות איטית מחד ובבקיעת שיניים מוקדמת מאידך, ולכן הדרך היחידה לשפר את המצב, היא רק לאחר הלידה.
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב, בהובלת פרופ' אילנה גוזס מביה"ס לרפואה ע"ש סאקלר ומביה"ס סגול למדעי המוח, גילו כי טיפול מרגע הלידה באמצעות NAP - מקטע של הגן ADNP, שיש לו תפקיד מרכזי בהתפתחות הקוגניציה - 'נירמל' את התפתחותם של עכברי מודל לתסמונת ADNP. החוקרים מאמינים שהתגלית תסלול את הדרך לתרופה חדשה.
"לפני כ-20 שנה גילינו במעבדה שלי גן בשם ADNP, אשר בהיעדרו המוח אינו נוצר, והעובר מת בשלב מוקדם," אומרת פרופ' גוזס. "בהמשך מצאנו שלאותו גן יש תפקיד בהתפתחות הקוגניציה, וכי עוברים עם חסר חלקי ב-ADNP ישרדו, אך יסבלו במהלך חייהם מפיגור שכלי, ולרוב גם מאוטיזם. כמו כן איתרנו והפקנו מהחלבון המקודד על ידי הגן מקטע פעיל ששמו NAP. בשנים האחרונות, עם התפתחות הטכנולוגיה של ריצוף גנטי, התגלו אצל חלק מהילדים האוטיסטים ו/או עם פיגור שכלי מוטציות אקראיות בגן ADNP, המתחוללות כנראה במהלך ההיריון: החלבון הנוצר קצר מהרגיל, וכתוצאה מכך, הילדים סובלים מחסר חלקי ב-ADNP. תופעה זו מכונה תסמונת ADNP, ואנחנו ביקשנו לבדוק אם היא בת-תיקון."
שיפור משמעותי בתפקוד המוח
לצורך המחקר פיתחו החוקרים זן חדש של עכברים: זיווג של עכברים עם תסמונת ADNP עם עכברים בעלי חומר פלורסנטי זוהר במוחם, באמצעותם יכלו החוקרים לראות ולספור במדויק את כמות הסינפסות הנוצרות במוח. "החומר הזוהר מסמן את הנקודות במוח שבהן נוצרות הסינפסות – נקודות הקישור בין תאי העצב," מסבירה פרופ' גוזס. "מצאנו שבעכבר עם תסמונת ADNP נוצר רק כחצי ממספר הסינפסות בהשוואה לעכבר בריא – בעיקר באזורי הקורטקס וההיפוקמפוס של המוח, האחראים למרבית הפעילות הקוגניטיבית. אותם עכברים הראו תכונות של עיכוב התפתחותי, קושי חברתי ורגישות יתר, בדומה לילדים עם פיגור שכלי ואוטיזם."
בשלב הבא העניקו החוקרים טיפול לעכברים הפגועים: הזרקה יומיומית של הפפטיד NAP מרגע לידתם, והמשך טיפול כתרסיס לאף לעכברים שנגמלו מיניקת חלב האם. התוצאות היו מרשימות ביותר. העכברים המטופלים, בניגוד לאלה שלא טופלו, התפתחו באופן משופר ואף תקין על פי מגוון מדדים: הם השמיעו קולות כדי לקרוא לאימהותיהם, גילו יכולת הליכה וכושר זיכרון תקינים, ידעו להבחין בין עכבר מוכר לבלתי מוכר, ופיתחו כוח בשריריהם – בדומה לעכברים בריאים. בדיקת מוחם של העכברים שטופלו ב-NAP העלתה כי הוא החל לייצר מספר תקין של סינפסות.
המחקר בוצע על ידי קבוצת מחקר במעבדתה של פרופ' גוזס, בהשתתפות הדוקטורנטים גל הכהן-קליימן, שלמה סרגוביץ', גדעון כרמון ואיריס גריג, ובשיתוף עם חוקרים מאוניברסיטת מק'גיל בקנדה ומרכז BIOCEV לביוטכנולוגיה בצ'כיה. המאמר התפרסם לאחרונה בכתב העת Journal of Clinical Investigation.
בדרך לתרופה
נכון להיום נמצא NAP (המכונה גם 201CP) בפיתוח בחברת קורוניס נוירוסיינס, ופרופ' גוזס משמשת כמדענית הראשית של החברה. לאחרונה קיבלו אישור ממנהל המזון והתרופות האמריקאי למעמד של תרופת יתום לטיפול בילדים עם תסמונת ADNP. תרופות יתום מוגדרות כמוצר כימי או ביולוגי, המשמש לטיפול במחלה נדירה, אשר מספר החולים בה אינו עולה על 200,000 לפי המדד האמריקאי, או 190,000 באיחוד האירופי. תחת קטגוריה זו, גם תרופות למחלות מאוד נדירות, שפחות משתלם להשקיע בהן מבחינה כלכלית, זוכות לתקציבים ולמימוש. בתחילת ספטמבר נפגשו נציגי החברה עם נציגי ה-FDA והתוו דרך המשך ברורה להגשת התכנית הסופית לפיתוח התרופה חדשה.
"אנחנו מקווים ומאמינים שהמחקר שלנו יהווה קרש קפיצה לפיתוח טיפול מניעתי תומך בבני אדם," מסכמת פרופ' גוזס. "מניעה - ולו גם חלקית - של תופעות של אוטיזם ועיכוב התפתחותי, הנובעות מתסמונת ADNP, תמנע סבל רב מאלפי הורים וילדים בכל העולם."
מחקר
16.09.2018
באטמן – מאחוריך! ה"רובוטלף" מסתובב חופשי באוניברסיטת תל אביב
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב בנו רובוט אוטונומי שמנווט באמצעות גלי קול – ממש כמו עטלף
- מוח
רובוטים עצמאיים הם כבר מזמן לא תסריט מסרט מדע בדיוני. מכוניות ללא נהג, רחפנים זעירים וגם שואב אבק רובוטי, שמצחצח לנו את הבית בזמן שאנחנו עסוקים בדברים אחרים, כבר לא מפתיעים אף אחד. הרובוטים, שרק ילכו וישתכללו בשנים הקרובות, חולקים אתנו את אותו המרחב. גם הם, כמונו, צריכים לנווט ממקום למקום, לעקוף מכשולים ולהגיב לתנאי סביבה משתנים. האתגר של מפתחי רובוטים הוא למצוא דרכים "ללמד" אותם לעשות זאת בקלות.
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב בנו רובוט ראשון מסוגו, שמסוגל לנווט ולהתמצא בסביבה שלו לא באמצעות חוש הראייה, כפי שפועלים רוב הרובוטים היום, אלא דווקא על בסיס חוש השמיעה. הרובוט החדש הוא הראשון בעולם המשתמש בסונאר, והפיתוח שלו מבוסס על מחקר מעמיק של יכולות הניווט של העטלפים. הרובוט, שזכה לכינוי Robat (שילוב של המילים robot ו–bat באנגלית), או בעברית "רובוטלף", הוא תוצאה של פרויקט פורץ דרך שתוצאותיו התפרסמו לאחרונה בכתב העת PLOS Computational Biology.
לראות עם האוזניים
עטלפים משתמשים במנגנון הנקרא איכון הד כדי למפות סביבות חדשות. הם מפיקים גלי קול בתדרים גבוהים, ומעבדים את המידע המתקבל בגלים המוחזרים אליהם מהעצמים בסביבה. זהו מנגנון המתאים למי שלא מסתמך על חוש הראייה שלו. בצוללות, למשל, משתמשים בטכנולוגיה זו הנקראת סונאר לניווט ולגילוי ספינות. מודלים תיאורטיים רבים מנסים להסביר כיצד העטלפים עושים זאת, אך בפועל נעשו ניסיונות מועטים בלבד לבניית רובוט סונארי אוטונומי, אשר יחקה את פעילותם הייחודית ויתבסס אך ורק על חוש השמיעה.
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
מחקר
22.08.2018
בשורה חדשה בתחום חקר המוח: מוח אנושי על שבב
מוח אנושי שגודל על שבב יאפשר פיתוח יעיל יותר של תרופות למחלות נוירודגנרטיביות כמו פרקינסון ואלצהיימר
- מוח
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".
מחקר
09.07.2018
"כפתור הווליום" שיווסת את רמת הרגישות שלנו לסביבה
חוקרי מוח מאוניברסיטת תל אביב מצאו את המוליך העצבי, הממלא תפקיד משמעותי בקליטה מודעת של מידע חושי, בעזרתו ניתן יהיה לשפר את חיינו ואף להציל חיים
- מוח
רגישות יתר לסביבה, או לחילופין מחסור בה, משבשים את איכות חיינו. רובנו מתמודדים ברמה יומיומית עם חוסר איזון בקליטת מידע חושי. לדוגמא, בעלי רגישות גבוהה מדי עלולים לסבול מבעיות שינה, אחרים "קופצים" למשמע רעש חזק, אוטיסטים אפילו עלולים להיכנס לחרדה בסביבה רועשת. לעומתם, אלו הסובלים מהעדרה של רגישות למידע החושי בסביבתם מתנהגים באפאטיות, ונראה כאילו הדברים חולפים על פניהם. חוסר רגישות זמני עלול להוביל לסכנת חיים ממשית, למשל בנהיגה, כשלרגע אנחנו "לא שמים לב".
מחקר שהתבצע במעבדתו של ד"ר יובל ניר בבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר ובבית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, הוביל לגילוי חשוב בשאלה המעסיקה את המדע כבר זמן רב: מתי מידע הנקלט בחושים מגיע לתודעה ומתי לא. החוקרים מצאו כי אחד החומרים החשובים בתהליך הוא מוליך עצבי בשם נוראדרנלין. הם סבורים, כי תגליתם עשויה להוות בסיס לפיתוח טיפולים למצבים הקשורים בעודף רגישות או בתת-רגישות לגירויים סביבתיים, שיוכלו בעתיד לשנות ואף להציל חיים. המחקר התפרסם בכתב העת המדעי Current Biolog.
באיזה שלב נכנס הנוראדרנלין לתמונה
"נוראדרנלין הוא מוליך עצבי מוכר, שמשפיע על פעילות המוח", מסביר ד"ר ניר, "בין היתר ידוע כי הוא מצוי במוח בכמות גבוהה כשאנחנו ערים, וכי רמתו יורדת משמעותית בזמן השינה, כאשר אנו מנותקים מסביבתנו. נתונים אלה הובילו אותנו להשערה, כי נוכחותו של נוראדרנלין חשובה לקליטת מידע חושי בתודעה". הם החליטו לבדוק מתי בדיוק נכנס הנוראדרנלין לפעולה.
את המחקר הובילו במשותף ד"ר הגר גלברד-שגיב ואפרת מגידוב ממעבדתו של ד"ר ניר, והוא התבצע בשיתוף פעולה עם פרופ' תלמה הנדלר וד"ר חגי שרון ממרכז סגול לתפקודי מוח במרכז הרפואי תל אביב (איכילוב). כדי לבחון את השערתם, ביצעו החוקרים ניסוי בהשתתפות 30 נבדקים בריאים. כל נבדק השתתף בשלושה מפגשים, בהפרשי זמן של שבוע. בתחילתו של כל מפגש בלע הנבדק גלולה שהונחה לפניו, כאשר גם הוא וגם הבודקים אינם יודעים מה יש בה: רבוקסיטין שמעלה את רמת הנוראדרנלין במוח, קלונידין שמוריד את רמת הנוראדרנלין, או פלצבו (אבקת סוכר) חסר השפעה. במסגרת שלוש הפגישות קיבל כל נבדק את כל שלוש התרופות, בסדר אקראי.
תחת השפעתו של כל אחד מהחומרים, התבקשו הנבדקים לבצע מטלות של תפיסה ויזואלית: לזהות על מסך תמונות מטושטשות שקשה מאוד להבחין בהן, על סף יכולת התפיסה. החוקרים השוו את ביצועי המשתתפים לפני ואחרי מתן התרופה, וגם בדקו את הפעילות המוחית בעת ביצוע המטלות באמצעות EEG, שמודד את הפעילות החשמלית במוח, ובעזרת טכנולוגיית fMRI המספקת הדמיה תפקודית של הפעילות המוחית.
"הממצאים העלו שיכולתם של הנבדקים להבחין בתמונות ולזהות מה מופיע בהן, הלכה והשתפרה ככל שרמת הנוראדרנלין במוחם עלתה, אך לא מיד עם החשיפה לתמונה, אלא בזמן תהליך העיבוד שלה", אומרת ד"ר הגר גלברד-שגיב ומסבירה "בדיקות ה-EEG הראו שהתגובה החשמלית במוח השתפרה, ככל שרמת הנוראדרנלין במוח הייתה גבוהה יותר, בשלב מאוחר יחסית של תהליך עיבוד התמונה. בדיקות ה-fMRI השלימו וחיזקו את הממצאים הללו, כשהראו גם כן כי נוראדרנלין העצים את התגובה בתחנות מאוחרות יותר של עיבוד התמונה בקליפת המוח, באזורים הידועים כאחראיים על הראייה. כלומר, בשתי המדידות השונות של הפעילות המוחית,EEG ו-fMRI, נצפתה השפעה של נוראדרנלין על השלבים המאוחרים של תהליך העיבוד, אלו שמובילים לכך שהתמונה שנקלטה בעין תירשם בתודעה. במילים אחרות, ניתן לומר שהנורואדרנלין היה נוכח כשהנבדק הפך למודע למה שראו עיניו", היא מסכמת.
המוביל הארצי של המידע החושי
אפרת מגידוב, ממובילות המחקר, מספרת על החשיבות של הממצאים: "ידענו כבר שנוראדרנלין מעורב בתהליכים קוגניטיביים גבוהים במוח, כמו שמירת מידע בזיכרון, קבלת החלטות, תגובות רגשיות של מתח ועוד. בזכות המחקר החדש, אנחנו יודעים כיום שיש לו תפקיד מרכזי גם בתהליכים לכאורה 'בסיסיים' יותר, כמו עיבוד מידע חושי. גילינו שנוכחות של נוראדרנלין מכתיבה את הסיכוי שנקלוט גירויים בסביבתנו. אפשר לומר שנוראדרנלין מהווה מעין 'כפתור ווליום', השולט בתגובה המוחית למתרחש בעולם סביבנו".
"אנחנו מאמינים שהממצאים שלנו יכולים להוביל בעתיד לכיוונים חדשים בטיפול במגוון בעיות והפרעות, הקשורות לרגישות האדם למתרחש בסביבתו", מסביר ד"ר ניר. "לדוגמה, נוכל לבדוק האם אנשים הסובלים מהפרעות שינה, המתקשים להירדם או מתעוררים בקלות מכל רחש, סובלים מרמות גבוהות יותר של נוראדרנלין. כך גם לגבי אוטיסטים הסובלים מרגישות-יתר וחשים מוצפים מכל גירוי חושי. נוכל לברר אם בקרב הלוקים בהפרעות נוירופסיכיאטריות, המנותקים מסביבתם, ישנן רמות נמוכות של המוליך העצבי, ואולי אף לפתח כלים לזיהוי מוקדם של רגעים קצובים בהם חלה רגישות מופחתת לסביבה, העלולה להוביל לירידה בזמן תגובה ולסכנה ממשית, למשל אצל נהגים או טייסים, וכך להציל חיים."
מחקר
10.06.2018
כיצד הצליחו חוקרות לבודד את רגע היווצרותה של חוויה אנושית?
מדעניות מתחום מדעי המוח שופכות אור על הרגע שבו נוצרת במוח חוויה חדשה
- מוח
"כשאנחנו טועמים שוקולד, שומעים מוסיקה או רואים פרח, מתרחש במוחנו תהליך פיזיולוגי של עיבוד מידע," אומרת ד"ר הגר גלברד-שגיב מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר ומבית הספר סגול לחקר המוח באוניברסיטת תל אביב, "אך מעבר לכך נוצרת בנו חוויה איכותנית וסובייקטיבית – כמו למשל החוויה של טעם השוקולד או של שמיעת צלילי שיר אהוב. כיצד נוצרת החוויה הזאת – שבעיני רבים היא טעם החיים? איך והיכן נוצר הקשר בין העולם החיצוני הנקלט בחושים, לבין העולם הפנימי של החוויה והתודעה? בני האדם מחפשים תשובות לשאלות מרתקות אלה כבר אלפי שנים, וכל דור מתמודד איתן בכלים העומדים לרשותו. אנחנו חיפשנו נקודת מבט חדשה באמצעות טכנולוגיות מתקדמות של חקר המוח."
חדירה לעומק המוח
כדי לבדוק מה בדיוק מתרחש במוח כשאנו חווים משהו חדש, נעזרו החוקרים בסיטואציה רפואית ייחודית – בחולי אפילפסיה שבמוחם הושתלו אלקטרודות מיוחדות. בקרב חולים אלו, תפקידן של האלקטרודות הינו לזהות את המוקד המדויק של ההתקפים האפילפטיים. אלקטרודות אלו, דקות כחוט השערה, מסוגלות להקליט את הפעילות של תאי עצב בודדים בקרבתם. החולים מאושפזים ומנוטרים עד שנאסף מספיק מידע על ההתקפים שלהם, ובהמשך הרופאים מנטרלים בניתוח את האזור הגורם להתקפים. סיטואציה ייחודית זו יצרה הזדמנות פז שאיפשרה לחוקרים מתחום מדעי המוח גישה ישירה אל המוח האנושי.
לחוקרים יש גישה אל רמת תאי העצב בחיות מעבדה, אך הן אינן מסוגלות לדווח על החוויות הסובייקטיביות שלהן, לכן יש צורך גם במחקרים בהשתתפות בני אדם. "עד כה, השתמשנו באמצעים חיצוניים ועקיפים כדי למדוד פעילות מוחית – למשל מכשירים כמו fMRIו- EEG." מסבירה ד"ר גלברד-שגיב. "אך כאן, כאשר האלקטרודות הושתלו במוח אנושי למטרות רפואיות, נוצרה גם הזדמנות מחקרית נדירה: למדוד ולהקליט את הפעילות החשמלית המוחית, באופן ישיר וברזולוציה חסרת תקדים של תא העצב הבודד. במקביל ניתן לקבל מהאדם דיווח על חוויותיו הסובייקטיביות."
במחקר לקחו חלק: ד״ר ליעד מודריק מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית הספר סגול באוניברסיטת תל אביב, פרופ׳ כריסטוף קוך מהמכון לחקר המוח ע״ש אלן, ופרופ׳ יצחק פריד מהמחלקה לנוירוכירורגיה באוניברסיטת UCLA, ומבית הספר לרפואה באוניברסיטת תל אביב. המחקר התבצע במרכז הרפואי האוניברסיטאי ב-UCLA, במרכז הרפואי ע״ש סוראסקי בתל אביב, באוניברסיטת תל אביב, ובמכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech). המאמר התפרסם בחודש מאי 2018 בכתב העת היוקרתי Nature Communications.
ניסוי הזהב של מחקר התודעה
במסגרת המחקר הוצגו לכל נבדק שתי תמונות בו-זמנית – תמונה שונה לכל עין: לדוגמא, תמונה של נחש לעין ימין ובמקביל תמונה של פרצוף לעין שמאל. כשמציגים לכל עין תמונה שונה, המוח אינו מצליח לשלב בין שתיהן, ונוצרת 'יריבות דו-עינית' - מצב שבו הנבדק רואה בכל פעם רק תמונה אחת, והן מתחלפות לסירוגין מבלי שתהיה לנבדק שליטה על התהליך. הייחודיות של המצב הזה הוא יצירת הפרדה בין הגירוי החיצוני והחוויה החושית: המציאות החיצונית אינה משתנה, כי לכל עין מוצגת תמונה קבועה, ולכן ברגעי החילוף ניתן לבודד את השינויים בפעילות המוחית הקשורים לשינויים בחוויה עצמה.
"בדרך זו הצלחנו לבודד את הרגע המכריע שבו פורצת חוויה חדשה למודעות," אומרת ד"ר ליעד מודריק. "אפשר לומר שזהו ניסוי הזהב של מחקר התודעה, וכאן הצלחנו לבצע אותו בבני אדם ברמת תא העצב הבודד ",אומר פרופ' יצחק פריד.
החוקרים מצאו שינוי בפעילות בתאי עצב באונה הקדמית האמצעית, שמתחיל 2 שניות לפני שהנבדק מדווח על התחלפות התמונה שהוא רואה. בהמשך, שנייה אחת לפני הדיווח, נרשמת פעילות חשמלית גם באונה הרקתית האמצעית, באזורים הקשורים לפעילות ויזואלית. מדובר בפרקי זמן ארוכים מאוד במונחים של הפעילות המוחית, שנמדדת באלפיות השנייה. על מנת לוודא שהפעילות הזו קשורה באמת להופעת החילופים הספונטניים, החוקרים הקרינו לנבדקים בצורה נורמלית על גבי המסך, 'סרט חוזר' של חילופי התמונות הספונטניים שעליהם דיווחו בזמן היריבות הדו-עינית. במקרה זה, כאשר החילופים בחוויה נבעו ממקור חיצוני ולא ממקור פנימי, נרשמו זמני תגובה קצרים בהרבה.
.
על סמך ממצאיהם מעריכים החוקרים כי תאי העצב שנמדדו הינם אכן חלק מהרשת העצבית היוצרת שינויים בחוויית הראיה המודעת. "המחקר החדש מקרב אותנו צעד נוסף לעבר הבנת התודעה והחוויה המודעת, ברמה הברורה והממשית ביותר – רמת הפעילות החשמלית בתא העצב הבודד," מסכמת ד"ר גלברד-שגיב .
מחקר
17.10.2012
הסתיים בהצלחה פרויקט בניית האטלס של המוח האנושי
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב הובילו את הפרויקט הבינלאומי העשוי לשנות את מפת המחקר והרפואה בתחום המוח
- מוח
בשיתוף מוחות
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב הובילו פרויקט מחקר אירופי רחב היקף שכלל 12 קבוצות חוקרים, שבנו לראשונה אטלס מלא של מיקרו-מבנים בחומר הלבן של המוח האנושי. הפרויקט, שעשוי לשנות בשנים הבאות את מפת המחקר והרפואה בתחום המוח, הסתמך על טכנולוגיית ה-MRI, וזכה לתמיכה של 2.5 מיליון יורו מהאיחוד האירופי, בקטגוריית 'טכנולוגיות העתיד'. השותפים במחקר - שכונה CONNECT – פועלים במרכזי מחקר מובילים בישראל, אנגליה, גרמניה, צרפת, דנמרק, שוויצריה ואיטליה. ביום שישי, 19.10.12, בתום שלוש שנות מחקר, הם עתידים להתכנס בפריס ולהכריז על סיומו המוצלח של הפרויקט.
מוח האדם בתלת מימד
"היום נעזרים צוותים רפואיים וקבוצות מחקר באטלס ישן של המוח, המתבסס על מוחו של אדם אחד, אשר תרם את גופו למדע." מסביר פרופ' יניב אסף מהמחלקה לנוירוביולוגיה באוניברסיטת תל-אביב ומבית הספר סגול למדעי המוח, שיזם את המחקר הבינלאומי ושימש כמתאם קבוצות המחקר, "האטלס החדש, לעומת זאת, מבוסס על דגימות MRI של נבדקים רבים, ואף מוגש בתלת מימד. לפיכך, בזכות שיטת המחקר והיקפו, הוא מפורט ומדויק הרבה יותר. למעשה, האטלס החדש מאפשר לנו לבחון את המוח בדרך שהייתה אפשרית קודם רק במיקרוסקופ".
החידוש הראשון באטלס טמון בעצם מיפויו של החומר הלבן - המורכב מסיבי עצב המעבירים מידע - במוחם של אנשים חיים, ולא בנתיחה שלאחר המוות. פריצת הדרך התאפשרה בזכות טכנולוגייתMRI , שמסוגלת ליצור תמונה של המוח החי בהליך בלתי חודרני. שנית, האטלס החדש אינו מסתפק במידע ממוח אחד, אלא מסתמך על הדמיית מוחותיהם של 120 נבדקים בריאים, בני 35-25 שנים. הנתונים, שקובצו ועובדו בטכניקות עיבוד תמונה מתקדמות, נותנים תמונה רחבה ומדויקת של מבנה המוח התקין.
האטלס החדש מציג מיקרו-מבנים זעירים בכל רחבי המוח באופן מסודר ומקודד, המתאים גם למשתמש שאינו מומחה בחקר המוח, כגון רופא או חוקר מתחום אחר. התמונות מייצגות פרמטרים מגוונים, שנאספו ונמדדו באמצעות ה-MRI, כמו למשל עובי הסיבים וצפיפותם באזורים השונים. הן נועדו לשמש סטנדרט של מוח בריא, שאליו ניתן להשוות הדמיות ממוחות של מטופלים ונבדקים עתידיים.
מהחומר האפור לחומר הלבן
בנוסף לתרומתו הרפואית, צפוי הפרויקט להאיץ ולקדם באופן משמעותי את חקר החומר הלבן במוח, פעילותו ותפקודיו. "עד היום התמקדו מדעני המוח בעיקר במה שמכונה 'החומר האפור'," אומר פרופ' אסף. "הם נמנעו מלחקור את 'החומר הלבן', המהווה כמחצית מנפח המוח, בעיקר מפני שחסרו להם שיטות מחקר יעילות. שיטת ה-MRI שפיתחנו תאפשר לחוקרים לראשונה להתבונן במתרחש בסיבי העצב במוח החי, ותפתח בפניהם עולם של אפשרויות חדשות".
בין היתר מתכוונים פרופ' אסף ועמיתיו להיעזר בטכנולוגיה כדי לבחון את הדינמיות וההשתנות לאורך זמן של המיקרו-מבנים שבחומר הלבן. כך לדוגמה, הם יחפשו את טביעת האצבע שמותיר תהליך קוגניטיבי, כמו למידת נושא חדש, בסיבים שבמוח. כיוון מחקר נוסף הוא אפיון והבנת השינויים שגורמות מחלות שונות במוח האנושי, כמו אלצהיימר או סכיזופרניה, במטרה לפתח שיטות אבחון יעילות ואמינות.
מחקר
18.03.2012
ננוטכנולוגיה: האויבת הגדולה של מחלות ניווניות במוח
בחינת תהליכים המתחוללים בין המולקולות לבין עצמן, מגלה דרכים להתערבות חיצונית במטרה למנוע ולרפא מחלות ניווניות במוח, דוגמת אלצהיימר. אז איך מחזירים לזבוב חולה את כושר הטיפוס על קירות?
- מוח
התערבות ננו-מטרית
במסגרת המאמץ למציאת מענה למחלות ניווניות, התמקדו פרופ' גזית וצוותו בסיבים ננומטריים (סיבים קטנטנים בגודל של מיליארדית המטר) הקרויים עמילואידים. העמילועידים הינם משקעים בלתי מסיסים של חלבונים והם מצויים בבסיסן של מגוון מחלות ניווניות, ובכללן אלצהיימר, פרקינסון ומחלת קרויצפלד יאקוב ('הפרה המשוגעת'), שממיתות רקמות וזורעות הרס במוח האנושי, כמו גם סוכרת מבוגרים שהורסת תאים בלבלב. במעבדתם, המתמחה בחקר מבנים אורגניים בסקאלה הננומטרית, כלומר – ברמת המולקולות, בדקו המדענים כיצד נוצרים הסיבים הרעילים הללו, וחיפשו דרכים לעצור את בנייתם ברמה המולקולארית.
מסביר פרופ' גזית: "משימתנו הראשונה הייתה למצוא את אבני הבניין הראשוניות של העמילואידים – מולקולות החלבון הזעירות ביותר שמתארגנות, ובתהליך של הרכבה עצמית יוצרות עמילואיד. לאחר שזיהינו את החלק המינימאלי, איתרנו את המקום המדויק שבו הוא מתחבר לחלק הסמוך לו, וגילינו את המנגנון שמביא להתחברות הזאת ומאפשר את בניית הסיבים השלמים". בטכנולוגיה של הנדסה מולקולארית בנו החוקרים מולקולה חדשה שמתערבת במנגנון ההרכבה, מפריעה לתהליך ההתחברות ומונעת את היווצרותו של העמילואיד ההרסני, כבסיס לפיתוח תרופה למחלות ניווניות.
לטפס על הקירות
בשלב הבא נערכו ניסויים בזבובי פירות, בשיתוף עם פרופ' דניאל סגל מהמחלקה למיקרוביולוגיה מולקולארית וביוטכנולוגיה. החוקרים בדקו את השפעתה של המולקולה החדשה שהנדסו במעבדתם על זבובים טראנסגניים – כלומר, זבובים בעלי גנים הקשורים במחלות כאלצהיימר ופרקינסון שסובלים מתופעות ניווניות, כמו למשל הפרעה בכושר הטיפוס. ואכן, התברר שהשיטה עובדת: 'הטיפול' החדשני השיב את הזבובים החולים לתפקוד נורמאלי. גם בניסוי מתקדם בעכברים נרשמה יעילות מרשימה: החומר תיקן לחלוטין בעיות למידה וזיכרון בעכברי מודל למחלת האלצהיימר.
בעקבות הצלחת הניסויים, עמלים היום המדענים באוניברסיטת תל-אביב על פיתוחן של כמה משפחות חומרים לטיפול באלצהיימר ובפרקינסון, ואף החלו לשתף פעולה עם חברות תרופות בינלאומיות מובילות - בתקווה להתאים את הגישה החדשנית לטיפול בבני אדם.
מתוך חוברת "מצב המוח" בעריכת דוברת האוניברסיטה >>
