מחקרים

גם כשמגייסים כנגד גידול סרטני את כל `התותחים` הכבדים – ניתוח, כימותרפיה והקרנה – עדיין אין כל ערובה לכך שהסרטן לא יתקוף שנית. שיטה חדשה להסרת גידולים סרטניים, פרי פיתוח של חוקרים באוניברסיטת תל-אביב, מגדילה משמעותית את הסיכוי שהגידול יחוסל סופית, ולא יחזור.

מה בין תעלות אשלגן לכאב נוירופאתי?

לך אל הארבה, למד דרכיו וחכם

"מערכת העצבים היא המצאה כל-כך יעילה של הטבע, שהאבולוציה שימרה אותה כמעט באותה מתכונת, גם בצורות חיים שונות מאוד זו מזו," מסביר פרופ' אילי, "למעשה, מותר האדם מן החרק בהקשר זה הוא מספרי בעיקרו: מורכבותו האדירה של מוחנו מתאפשרת הודות למספר גדול הרבה יותר של תאי עצב, אך עקרונות התפקוד נותרו דומים. לפיכך, למרות המרחק האבולוציוני הניכר, יכולים חרקים לשמש מודל מצוין למחקר, וללמד אותנו רבות על תפקודו של המוח האנושי. יתרה מכך, דווקא העובדה שהמערכות של החרקים פשוטות בהשוואה לאלו של יונקים, מהווה יתרון גדול במעבדה."

וכך, כאשר ביקש לבחון את תכונות הגמישות של המוח (יכולתו  להשתנות), בחר החוקר בחיית מודל בלתי שגרתית: ארבה המדבר, אותו ארבה שכולנו מכירים היטב ממכות מצרים. לדבריו, אין עוד חרק שהתנהגותו משתנה באופן קיצוני כל-כך: בדרך כלל, הארבה ממעט לעוף ונוהג ככל חגב אחר, אך לפתע פתאום, בעקבות שינויים מסוימים בסביבה, הוא מצטרף לנחילים עצומים הפושטים על השדות ומכלים כל בדל ירוק הנקרה בדרכם. פרופ' אילי וצוותו בחנו את הבסיס העצבי לשינוי התנהגותי דרמטי זה וגילו הבדלים בין תאי העצב של ארבה בשני המצבים השונים, בעיקר בתאים האחראים על התעופה. התברר, כי בזמן המהפך מייצר מוח החגב חלבונים חדשים – מאפיין מוכר וחיוני של תהליכי למידה וזיכרון לטווח ארוך גם בבעלי חיים מורכבים יותר. כיום בוחנים החוקרים את תהליכי השינוי לעומקם, בתקווה כי בעתיד ניתן יהיה להסתייע בממצאים כדי להבין טוב יותר את יכולות הלמידה והזיכרון של המוח האנושי.

רשתות עצביות בצלחת

במחקרים אחרים שנערכים במעבדה, מגדלים החוקרים רשתות עצבים של חרקים בתוך צלחות מיוחדת, בעלות 'פיגומים', באמצעות תאים שנלקחו מגופם של החרקים. בניית רשת עצבים שלמה במעבדה מאפשרת להם לצפות בהתהוות המערכת ובפעילותו של כל תא בנפרד, לבחון כיצד התאים גדלים, מתחדשים ומתחברים, וגם לתעד את הפעילות החשמלית שבתוכם וביניהם. כך חוקרים המדענים חומרים הגורמים למחלות עצביות באדם, כמו אלצהיימר למשל, במטרה לפתח מודל ניסוי נגיש ואמין, בו אפשר יהיה לבחון תרופות פוטנציאליות למחלות של מערכת העצבים. ועוד היד נטויה: פרופ' אילי, צוותו ושותפיו במעבדות אחרות משוכנעים כי יש לאדם עוד הרבה דברים ללמוד מן הארבה בפרט, ומממלכת החרקים בכלל.

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

מדעי החישוב

"השם 'מדעי המחשב' הוא שם מטעה", מסביר פרופ' ישורון. "ייתכן שצריך היה לקרוא לתחום 'מדעי החישוב'. כי אנחנו, אנשי מדעי המחשב, איננו מתעניינים למעשה במחשב עצמו, אלא בעקרונות החישוביים שעליהם מושתתת פעולתו. המחשב הוא בעיקרו מערכת חישובית, שקולטת מידע, מעבדת אותו באמצעות חישובים מתמטיים, ופולטת את מסקנותיה. על-פי תפיסת המדע המודרני, אותם עקרונות בדיוק מאפיינים את המוח החי. כמו המחשב, כך גם המוח – יצירת הפאר של הטבע - פועל כמערכת חישובית: בכל רגע ורגע, לאורך כל שנות חיינו, קולט מוחנו גירויים, מעבד אותם בתהליכי חישוב וקידוד שעדיין אינם נהירים למדע, והופך אותם לתמונות וצלילים, תחושות ורגשות, מחשבות ותנועות מוטוריות. אנו, אנשי מדעי המחשב, מתעניינים במהות, ביכולות ובמגבלות של התהליך החישובי, המשותף למחשב ולמוח. שוב ושוב אנו שואלים: מה בכלל ניתן לחישוב, ובאיזה אופן? והתשובות מלמדות אותנו רבות על המערכת המלאכותית ועל המערכת הטבעית גם יחד."   

המוח האלגוריתמי

באמצעות שיטות מתמטיות המפותחות במעבדתו, בוחן צוותו של פרופ' ישורון את הדמיון בין השיטות החישוביות של המחשב לבין אלו של המוח. אחד ממחקריו עוסק בחידת ההסוואה: כיצד יכולה מערכת לראייה מלאכותית להבחין בגוף תלת-ממדי על רקע דו-ממדי, וכיצד עושה זאת העין הטבעית? האם מיומנות זו עשויה לסייע למערכת תצפית ממוחשבת להבחין בחייל אויב שהסווה את עצמו בשטח? מצד שני, האם וכיצד היא מאפשרת לטורף לאתר את טרפו, שצויד על-ידי האבולוציה בצבעי הסוואה? 

פרופ' ישורון וצוותו פיתחו שיטה חישובית לזיהוי עצם תלת-ממדי בתוך תמונה, וגילו כי האלגוריתם המתמטי שפיתחו דומה דמיון מרתק למנגנון החישוב המוחי הקיים בטבע. ויותר מכך, מתברר שיצורים רבים בטבע אף פיתחו מנגנוני הסוואת-נגד, כדי להתגבר על יכולת ההבחנה של הטורף, ואותה הסוואת-נגד בדיוק מצליחה לגבור גם על השיטה החישובית שפותחה במעבדה.

במחקר אחר, חברו מדעני המחשב לצוות ממדעי המוח, ויישמו שיטות ניתוח חישוביות על ניסוי שבחן את מוח האדם. במסגרת המחקר, התבקשו שתי קבוצות של נבדקים לבצע שתי פעולות שונות. לדוגמה: קבוצה אחת קיבלה הנחיה לקחת ארנק המונח על שולחן, והקבוצה השנייה התבקשה להוציא את אותו ארנק מכיס של מעיל. שעה לאחר מכן נבחנה הפעילות המוחית של כל נבדק בהדמייתfMRI , במטרה לברר האם אפשר בדרך זו להבחין בין שתי הקבוצות, או במילים אחרות: האם הפעילות המוחית ברגע מסוים מעידה על פעולה מוטורית שבוצעה זמן-מה קודם לכן? ממצאי בדיקת ה-fMRI נותחו באמצעות אלגוריתמים מתמטיים שפותחו על-ידי פרופ' ישורון וצוותו - והחישוב הצליח לתת תשובה נכונה ביותר מ-90% מהמקרים.

החוקרים מקווים להיעזר בעתיד בדמיון התפקודי שבין המוח למחשב, כדי לפתח מערכות ממוחשבות שימלאו את מקומן של מערכות טבעיות פגועות, כמו למשל מערכות ראייה מלאכותית, שיחליפו את העין, יתחברו ישירות למוח ויפקחו עיני עיוורים.