חוקרים בטכניון מגבירים את שיתוף הפעולה ביניהם כדי להרחיב את המחקר והפיתוח בתחום המוח

מהנדסים ומדענים בטכניון מגבירים את שיתוף הפעולה ביניהם כדי להרחיב ולהעמיק את המחקר ואת הפיתוח בתחום המוח. דוגמה לכך היא גיבוש של קבוצת חוקרים מפקולטות רבות ומגוונות בטכניון, בהובלתה של פרופ’ ג’קי שילר. שילר לאחרונה פרסמה גם מאמר בנושא הדנדריטים, אתרי הקלט העיקריים של תא העצב.

דנדריטים – עצי הדעת של המוח

מאמר של פרופ’ ג’קי שילר ושל הדוקטורנטית מאיה סנדלר שופך אור על כמה מהשאלות הבסיסיות הקשורות בהשפעתו של הקורטקס, קליפת המוח, על היבטים תפקודיים שונים כגון רגשות, חשיבה והפרעות פסיכיאטריות. במאמר, שהתפרסם בכתב העת היוקרתי Neuron, נבחנים מנגנוני הפלסטיות המוחית הקשורים בציפייה, במשוב, בלמידה ובזיכרון. החוקרות מעריכות כי ממצאיו עשויים להוביל לפיתוח גישות חדשות לטיפול בשיבושים בלמידה ובזיכרון ואף בהפרעות התנהגותיות כגון אוטיזם.

המוח בנוי מרשת מורכבת של תאי עצב המחוברים זה לזה. תא העצב, שהוא יחידת העיבוד הבסיסית של הרשת העצבית, הוא בעצמו יחידת עיבוד מורכבת המקבלת נתונים רבים מתאי עצב אחרים ומעבדת אותם לפלט המועבר לאלפי תאי עצב אחרים ברשת.

תא העצב מורכב מאברונים: (1) גוף התא והגרעין האחראי לייצור חלבונים ולתחזוקת התא כולו; (2) האקסון, שהוא שלוחה מסועפת היוצאת מגוף התא ומעבירה מידע (פלט) לאלפי תאי עצב אחרים ברשת; (3) הדנדריטים, אתרי הקלט העיקריים של תא העצב והמאפשרים לתא לקבל ולעבד מידע מהאקסונים של אלפי תאים שכנים; (4) הסינפסות, נקודת החיבור בין אקסון של תא אחד לדנדריט של תא אחר. כל ערוצי התקשורת האלה – אקסונים, דנדריטים וסינפסות – חיוניים לתפקוד המוח משום שהם קובעים את יכולותינו המוטוריות, הקוגניטיביות והאחרות.

הדנדריטים, שהם מרבית החומר האפור ותופסים את רוב נפחו של הקורטקס, עומדים במוקד מחקריה של פרופ’ שילר בשנים האחרונות. אלה שלוחות דמויות עץ שאורכן מילימטרים ספורים, המאפשרות לתא לקלוט מידע מתאי עצב אחרים. במאמרים קודמים הראתה פרופ’ שילר שהדנדריטים אינם מבנים פשוטים אלא מכונות חישוב מורכבות, ובמאמר הנוכחי היא מציגה את מנגנון הגמישות הייחודי להם. “במהלך למידה משנה המנגנון הזה את הדנדריט ואת הסינפסה, ואם נבין אותו ייתכן שנוכל לשפר תהליכים כגון קליטת מידע. כעת אנחנו מתמקדים בהבנת הפעילות הדנדריטית ברמת המיקרו אך גם ברמת הרשת, בתקווה להבין מנגנונים פיזיולוגיים הקשורים לבריאות ולחולי.”

העמקת שיתוף הפעולה בין חוקרים מתחומים שונים

פרופ’ יורם גוטפרוינד מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט חוקר את מערכת השמע של התנשמת ואת התמצאותה במרחב. פרופ’ מרים זקסנהויז מהפקולטה להנדסת מכונות מפתחת טכנולוגיות להפעלת מכשור אלקטרוני בכוח המחשבה. פרופ’ יצחק שילר מהפקולטה לרפואה ממציא שיטות חדשניות לטיפול באפילפסיה ובפרקינסון. פרופ’ רון מאיר מהפקולטה להנדסת חשמל חוקר ומפתח רשתות עצביות מלאכותיות, המציגות ביצועים חסרי תקדים בתחומי הלמידה וזיהוי התבניות.

חוקרים אלה ורבים אחרים מפקולטות שונות בטכניון מהדקים בשנים האחרונות את הקשרים ביניהם כדי להרחיב ולהעמיק את חקר המוח בהיבטיו השונים: למידה וזיכרון, תפיסה חושית, פעילות של מערכת התנועה, הקשר בין מערכת החיסון והמוח, תהליכים ביולוגיים בסיסיים בתאי העצב ובתאים תומכים במוח, תקשורת בין תאי העצב ועוד. חלקם גם מחפשים דרכים לתקן נזקים במוח, למצוא פתרונות לפגיעות נוירולוגיות וכיוצא באלה.

פרופ’ עידו ערב מהפקולטה להנדסת תעשייה וניהול הוא פסיכולוג העוסק בחקר תהליכי למידה בסיסיים. “כיום, אחרי שנים רבות של מחקר בתחום ההתנהגותי, אני מבין שנתונים פיזיולוגיים מתחום חקר המוח יאפשרו לי לבדוק אם ההנחות שלי נכונות ולהבין טוב יותר מנגנונים כמו קבלת החלטות,” הוא אומר.

פרופ’ איתמר קאהן מהפקולטה לרפואה משתמש בטכנולוגיית fMRI לחקר הפעילות המוחית האחראית לאינטגרציה של נתוני החושים השונים ולשילוב הנתונים ליצירת זיכרונות ולביצוע תנועות. “אני מנסה להבין בעיקר שיבושים במערכת הזאת, וברור לי ששיתוף פעולה עם הפקולטות ההנדסיות בטכניון יוכל להוביל לא רק להבנה טובה יותר, אלא גם ליישומים רובוטיים מעניינים שיופעלו ישירות על המוח ויסייעו בפעולות כגון הליכה.”

ד”ר שחר קוטינסקי עוסק בפיתוח ארכיטקטורות מחשבים לא סטנדרטיות בהשראת המבנה המוחי ומתמקד בעיקר במחשבים נוירומורפיים המחקים את מנגנון הפעולה של קליפת המוח. “המחשב הקלאסי בנוי מיחידת חישוב (מעבד) ומיחידת אחסון (זיכרון) – לא המבנה האופייני למוח. אם נתכנן מחשבים שייבנו בהשראת המוח ויכילו רכיבים המתפקדים בדומה לסינפסות ולתאי עצב, הם יבצעו פעולות אנושיות כגון זיהוי פרצופים ביעילות רבה הרבה יותר ממחשבים קיימים. לכן מתבקש כאן קשר בינינו המהנדסים ובין חוקרי המוח.”

“בעשורים האחרונים נהיה חקר המוח לשדה מחקר מגוון ומולטי-דיסציפלינרי,” מסבירה פרופ’ ג’קי שילר מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט. “כלים הנדסיים הם חלק בלתי נפרד מהתפתחות המחקר המוחי ומיישומם של התקנים מוחיים כפתרון למגבלות מוטוריות וקוגניטיביות. במערכות מלאכותיות המחקות את המוח האנושי טמון פוטנציאל עצום, וכיום ברור לנו שרק סינרגיה בין דיסציפלינות ביולוגיות, חישוביות והנדסיות שונות תוביל להתקדמות משמעותית בהבנת המוח ותפקודיו. לכן דרושה כאן פעילות מחקר נרחבת ובינתחומית המעוגנת בעבודה תאורטית מעמיקה וקוהרנטית ובניסויים פרה-קליניים וקליניים.”

בקבוצת המחקר המתגבשת בהובלת פרופ’ ג’קי שילר חברים חוקרים מפקולטות רבות ומגוונות: פרופ’ יונינה אלדר (הנדסת חשמל), פרופ’ סימון אנגלנדר (רפואה), פרופ’-משנה רקפת אקרמן (הנדסת תעשייה וניהול), פרופ’ נעמה ברנר (הנדסה כימית), פרופ’ משנה עומרי ברק (רפואה), פרופ’ יורם גוטפרוינד (רפואה), פרופ’-משנה דורי דרדיקמן (רפואה), פרופ’ הרמן וולוסקיר (רפואה), פרופ’ נעם זיו (רפואה), פרופ’ אלון וולף (הנדסת מכונות), פרופ’ מרים זקסנהויז (הנדסת מכונות), פרופ’-משנה רונן טלמון (הנדסת חשמל), פרופ’ אמריטוס מוסא יודעים (רפואה), פרופ’ אלדד יחיעם (הנדסת תעשייה וניהול), פרופ’ רון מאיר (הנדסת חשמל), פרופ’ שמעון מרום (רפואה), פרופ’ הלל פרת (רפואה), פרופ’ עידו ערב (הנדסת תעשייה וניהול), פרופ’-משנה איתמר קאהן (רפואה), פרופ’-משנה שחר קוטינסקי (הנדסת חשמל), פרופ’-משנה אסיה רולס (רפואה), פרופ’ יצחק שילר (רפואה) וחוקרים נוספים.