חקר המוח ומערכת העצבים המרכזית

01.01.1999
חקר המוח צוותי חוקרים מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע מתמודדים עם האתגר הכרוך בפיענוח ובהבנת דרך תפקודו של המוח. במחקרים אחרים הצליחו חוקרי המכון לבדד מולקולת קולטן של תקשורת עצבית, הקשורה ככל הנראה לתהליכים המובילים להתחוללות של מחלות נוירולוגיות דוגמת מחלת אלצהיימר ומחלת לו גריג. מחקר נוסף בתחום זה מתמקד בגורמים שעשויים לעודד או לעכב צמיחה מחדש של סיבי עצב פגועים. מחקרים אלה עשויים להביא לפיתוח שיטה לטיפול בפגיעות בחוט השדרה ובעצב הראייה, ואף להשבת תפקודים שאבדו כתוצאה מפגיעה בסיבי העצב האלה.
 
מדעני המכון פיתחו מערכת דימות אופטי שמאפשרת לחוקרים לצפות בתהליכי התקשורת המתחוללים ברשתות העצבים במוח, בזמן אמיתי. מערכת זו מדוייקת יותר מהמערכות האחרות המשמשות למיפוי מוח (כגון סורק פוזיטרוני או ממפה תפקודים על פי תהודה מגנטית גרעינית).
 
תגליות של מדעני המכון באשר לדרך שבה המוח אוגר זכרונות של טעם וריח, עשויות להוביל לפיתוח תרופות לחיזוק זיכרון ולהחלשת הפרעות.
 
 
 
 
 

 

למידה וזיכרון 1

 

 
מדעני המכון חקרו את הדרך שבה תחושות טעם וריח נאגרות בזיכרון. החוקרים מצאו עדויות לכך שמידע על טעם מתארגן במוח בנפרד ממידע על ריח, אך עם עיבוד המידע במוח - מתלכדים האותות של שני החושים האלה, ויוצרים אות שלישי, שונה ו"עצמאי" בתכלית. אות זה הוא האחראי לתחושת עירוב הטעם והריח של המזון הנוצרת בעת האכילה.
 
חוקרים שיערו שהאות העצבי השלישי הזה, תוצאת האיחוד שבין אותות הטעם והריח, מטופל באזור נפרד ומוגדר במוח (השונה מהאזורים שבהם מטופל כל אחד מהאותות החושיים בנפרד). חוקרי מכון ויצמן הוכיחו את נכונותה של ההשערה הזאת, ואף זיהו לראשונה את מיקומו של האזור שבו מתלכדים אותות הטעם והריח במוח חולדה.
 
ממצא זה עשוי לשמש קרש קפיצה למחקרים עתידיים בתחומי הלמידה והזיכרון, וכן למחקרים בהפרעות בתחושות טעם, ריח ותיאבון.
 
 

 

 

למידה וזיכרון 2

 
חוקרי המכון פיענחו תהליך מולקולרי המהווה מתג שמפעיל זיכרון ארוך טווח של טעמים. המחקר התמקד באזור המוח שבו נאגרים זיכרונותיהם של הטעמים השונים. החוקרים גילו שכתוצאה מהפעילות העצבית המתחוללת באזור זה (תוצאה של תחושות טעם המועברות אל המוח), מתחולל שינוי מוגדר - ברמה המולקולרית - שהוא האחראי להיווצרות זיכרון ארוך טווח של טעם זה או אחר.
 
הבנת התהליך המורכב הזה, המבוסס על הצמדת אטומי זרחן לחלבונים, עשויה להביא בעתיד לפיתוח שיטות שיסייעו לחיזוק או להחלשת הזיכרון בכללותו (כלומר, לא רק זיכרון הקשור לתחושות טעם).
 
 

 

 

למידה וזיכרון 3

 
חוקרי המכון מציעים תפיסה חדשה באשר להבנת המנגנונים התאיים האחראים לתהליכי הלמידה במוח. תפיסה זו עשויה לשפוך אור חדש על תהליכי זיכרון, ובסופו של דבר ייתכן שגם על תופעות הקשורות בזיקנה ובמחלות ניווניות במוח. ההצעה המקורית נובעת ממחקר שבו השתמשו החוקרים בטכנולוגיה חדשה שאיפשרה להם לבחון בדקדקנות את התקשורת בין שני תאי עצב במוח. במחקר גילו החוקרים שהחוקיות שנמצאה בעבר באשר לתהליכי הלמידה במוח, לא חשפה את כל פרטי המציאות. התברר שתהליך הלמידה מתבטא לא רק בהתגברות עוצמתו של המסר החשמלי שמועבר מהתא המשדר לתא הקולט, אלא גם בשינויים מורכבים יותר באופיו של המסר המועבר, המתבטאים בשינויים בקשר שבין עוצמת התגובה לבין תדר הגירוי המשודר. מדובר במעין כיוונון עדין של תכונות הגירוי החשמלי המועבר, בדומה לכיוונון של מקלט רדיו לתחנה מסוימת.
 
ממחקרם המקורי של חוקרי המכון עולה, אפוא, שהכיוונון העדין והמדויק למסרים בעלי אופי מוגדר, מאפשר לתאי המוח ה"לומדים" לנהל מעין "תקשורת סלקטיווית". התא שמקבל את המסר שומע או קולט רק את המסרים המתאימים לו, כלומר, את המסרים שהוא "מכוונן" אליהם. במובן מסוים, תאי העצב ה"לומדים" מתנהגים כמו בני אדם שמצויים באולם הומה, שכדי לשוחח ביניהם הם לומדים להתעלם מהרעש הסביבתי.
 
 

 

 

למידה וזיכרון 4

 
מדעני המכון הצליחו לבדד קולטן חלבוני של המתווך העצבי (נוירו-טרנסמיטר) גלוטמט, ולאחר מכן, זיהו ובידדו את הגן האחראי לייצורו. גלוטמט הוא נוירו-טרנסמיטר מעורר, הנפוץ ביותר במוח. הוא נקשר לשלושה סוגי קולטנים, שאחד מהם הוא זה שבודד בידי מדעני המכון. מספר הסינפסות (צמתי התקשורת העצבית) שהגלוטמט מופרש ונקלט בהם, רב ממספרם של צמתי התקשורת שבהם פועלים כל הנוירו-טרנסמיטרים האחרים. הגלוטמט מעורב, בין היתר, בפעולות הזיכרון והלמידה. אבל כאשר הוא מופרש בכמות גדולה מדי, נוצר עירור מוגזם המתבטא במצבים אפילפטיים. הוא גם גורם למוות של תאי מוח כתוצאה משבץ מוחי או ממחלות מחלות ניווניות אחרות, כגון מחלת אלצהיימר ומחלת לו-גריג. לפיכך, הבנת הגורמים המשפיעים על כמות הגלוטמט במוח ועל אופן הפעולה שלו, עשויה להניב דרכי טיפול חדשות במחלות ניווניות, וגם שיטות לשיפור תהליכי הלמידה והזיכרון.
 
הקולטן שאופיין בידי מדעני המכון פועל כמעין תריס של מצלמה: כאשר הנוירו-טרנסמיטר נקשר אליו, הוא פותח תעלה שבאמצעותה זורמים יונים לפי ההבדלים בריכוז המליחות שבין התא לסביבתו. הוא עשוי לשמש, בין היתר, גלאי בתעשיית התרופות.
 
 

 

 

סודות העולם הפנימי

 

 

 
חוקרי המכון היתוו דרך חדשה - בגישה בין-תחומית - לבחינת הארגון הפנימי ותזמון הפעילות של מערכת העצבים המרכזית באמצעות דימות אופטי. בפיתוח שיטת המחקר הזאת חברו חוקרי המוח לחוקרים מתחומי מחקר שונים, כמו כימיה אורגנית, ספקטרוסקופיה, ביופיסיקה, מדעי המחשב ואופטיקה.
 
שיטת מחקר זו כרוכה בשימוש בצבעים חדשניים, הרגישים לשינויים חשמליים שמתחוללים בקרומיהם של תאי העצב כאשר עובר בהם מסר עצבי. מצלמות רגישות מתעדות את השינוי הזה, ובאמצעותן יכולים החוקרים לבחון את פעילותם של מיליוני תאי עצב בעת ובעונה אחת, ובזמן אמיתי. בטכניקה אחרת, המשמשת לדימות אופטי, עוקבים החוקרים אחר השינוי בצבע ההמוגלובין, הנובע מהעברת חמצן מהדם אל תאי העצב במוח (החמצן משמש את תאי המוח בין היתר להפקת האנרגיה הדרושה להם לצורך קיום תקשורת חשמלית-כימית ביניהם). המעקב המהיר אחר שינויי הצבע ופעילות תאי העצב במוח מאפשר לבחון את הארגון המרחבי ואת הפעולה השוטפת של יחידות תפקודיות שונות במוח.
 
דרכי מחקר מקוריות אלה יושמו בין היתר בחקר הדרכים שבהן המוח מארגן את האותות החשמליים המוזרמים אליו מהעין, לתמונה בעלת משמעות. במחקרים אלה התברר שהתארגנויות מערכי התפקודים במוח מושפעות מפעילות הרקע של המוח, המיוחסת להקשרים רגשיים ותחושתיים שונים, או לזיכרון. משמעות הממצאים האלה היא, ששני בני אדם יכולים להתבונן באותה תמונה, או להאזין לאותן מלים, ובכל זאת להבין ולפתח בתגובה על כך, תחושות שונות לחלוטין.
 
לשיטת הדימות האופטי פותח באחרונה גם יישום רפואי שהודות לו אפשר לאתר גבולות תיפקודיים בעת ניתוחי מוח להסרת גידולים ממאירים, דבר שמאפשר למזער את הנזק העלול להיגרם לתיפקודו של המנותח.
 
 

 

 

שיקום פגיעות במערכת העצבים המרכזית

 
במשך שנים רבות נחשבו פגיעות במערכת העצבים המרכזית (המוח וחוט השדרה), של בעלי חיים עילאיים, לרבות האדם, כבלתי ניתנות לתיקון. ואכן, חבלות במערכת העצבים הזאת, למשל בחוט השדרה, גורמות במקרים רבים לשיתוק חסר מרפא. לעומת זאת, בעלי חיים ירודים יחסית, כגון דגים ודו-חיים, מסוגלים לשחזר סיבי עצב פגועים ולשקם תיפקודים שאבדו עקב חבלות.
 
חוקרי המכון בחנו את ההבדל הזה שבין בעלי חיים ירודים לבין בעלי חיים עילאיים, ובעקבות זאת הציעו תפיסה חדשה באשר לתהליכים האבולוציוניים שהביאו לאובדן יכולת הצמיחה מחדש של סיבי עצב במערכת העצבים המרכזית, והצביעו על מעורבות המערכת החיסונית בתהליך זה. תפיסה חדשה זו נותנת תקווה לפיתוח דרכים מקוריות, שיאפשרו צמיחה מחודשת של סיבי עצב חבולים במערכת העצבים המרכזית, דבר שעשוי - ביום מן הימים - לתרום לשיפור במצבם של משותקים הסובלים מחבלה במערכת העצבים המרכזית, ובעיקר בחוט השדרה.
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם