בשער-קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער בפייסבוק - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל
דף הבית   |   על בשער   |   פעילויות בשער   |   ספר אורחים   |   צור קשר      רשימת תפוצה
 
 
 > שלח שאלה למומחה
 
 
 
     כל התחומים
     אסטרופיזיקה
     הנדסת חשמל
     הנדסת מזון
     כימיה
     פרקינסון
     ננוטכנולוגיה
     הנדסה
     מדעי המחשב
     כימיה
     ביולוגיה
     פיזיקה
     רפואה
     מתמטיקה
     מדעי הסביבה
     גיאוגרפיה
     מוט"ב
     הוראת המדעים
     אזרחות
     כלכלה
     היסטוריה
     משפטים
     פסיכולוגיה
     תנ"ך
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 > בשער האזרחות
 
 
 > הרצאות מומחים ברשת
 
 
 > רשימת תפוצה
 
 > חתום בספר האורחים
 
 > כניסה לשואלים רשומים
 
 
 > English
 
מכונת הזיכרון 31/03/2011
מכונת הזיכרון:מדעני מכון ויצמן למדע השתמשו בטכניקות של ריפוי גנטי והצליחו לחזק זיכרונות בחולדות. הזיכרון - אותו אנו מדמיינים כארכיון מסודר של תיקים - הוא למעשה מכונה דינמית, אשר זקוקה לתחזוקה מתמדת כדי לפעול כראוי.
מכון ויצמן למדע   |   לחץ כאן למאמר המקורי   |   שאל שאלה אודות המאמר
תחומי דעת:  פיזיולוגיה ורפואה [ ביולוגיה ]  , נוירוביולוגיה [ ביולוגיה ]  

מכונת הזיכרון

מדעני מכון ויצמן למדע השתמשו בטכניקות של ריפוי גנטי

והצליחו לחזק זיכרונות בחולדות

הזיכרון ארוך-הטווח הוא עניין חמקמק. מידת השבריריות שלו הודגשה לפני מספר שנים על-ידי מדענים במכון ויצמן למדע, שמחקו זיכרונות שלמים של חולדות באמצעות חסימת חלבון יחיד במוח. במילים אחרות, הזיכרון – אותו אנו מדמיינים כארכיון מסודר של תיקים – הוא למעשה מכונה דינמית, אשר זקוקה לתחזוקה מתמדת כדי לפעול כראוי. במחקר נוסף שהתפרסם באחרונה הראו פרופ' ידין דודאי, ד"ר אלון חן ותלמידות המחקר רעות שמע ושרון הרמתי ממכון ויצמן למדע, שעבדו יחד עם פרופ' טוד סקטור מניו-יורק, כי הפעלה מוגברת של החלבון שחסמו במחקרם הקודם, עשויה לשפר את הזיכרון.

החלבון הנחקר –  zetaPKM– נוצר במוח בתגובה ללמידה, והוא פועל על הסינפסות – אזורים בהם מתקיימים יחסי גומלין בין תאי עצב. החלבון מוסיף לפעול בסינפסות זמן רב לאחר ייצור הזיכרון – דבר המעיד כי תפקידו אינו קשור בלמידה עצמה, כלומר בקליטת המידע, אלא לשמירת המידע הנלמד ב"כונן" של הזיכרון ארוך-הטווח. בשנת 2007, הצליחו פרופ' ידין דודאי ותלמידת המחקר רעות שמע מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, יחד עם פרופ' טוד סקטור מהמרכז הרפואי Downstate SUNY במדינת ניו-יורק, ללמד חולדות להימנע מטעם מסוים, שהוסף למי השתייה, ואחר-כך חסמו את פעילות ה- zetaPKM במוחותיהן. בעוד שהחולדות שבקבוצת הביקורת המשיכו לגלות סלידה חזקה מהטעם במשך חודשים לאחר הלמידה, החולדות שבהן נחסמה פעילות החלבון שכחו את מה שלמדו, ולא נמנעו מהטעם הבעייתי.

האם גם ההיפך נכון, ותוספת של  zetaPKM יכולה לשפר את הזיכרון? מענה על השאלה הזאת היא משימה קשה יותר מבדיקת הטענה ההפוכה באמצעות חסימת פעילות החלבון. זריקה פשוטה של החלבון לתוך החומר האפור של החולדות לא באה בחשבון, כי חומרים גדולים כמו חלבונים אינם יכולים לחדור אל תוך המוח. לכן, פנו פרופ' דודאי, שמע ופרופ' סקטור ל ד"ר אלון חן ולתלמידת המחקר שרון הרמתי, גם הם מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, ויצרו נגיפים אשר מסוגלים להחדיר עותקים של הגן ל- zetaPKM לתוך גרעיני תאי המוח – דבר שגורם לתאים אלה לייצר כמויות גדולות יותר של החלבון.  

בשלב זה לימדו המדענים את החולדות המטופלות להתחמק מטעם מסוים. מספר שבועות לאחר ההתניה, החולדות שבהן תאי המוח הפיקו כמות גדולה יותר של החלבון, העדיפו להימנע משתיית מים עם הטעם במידה רבה יותר. במילים אחרות, עודף  zetaPKM שיפר את הזיכרון שלהן. מחקר זה מהווה הדגמה ראשונה ליכולת לשפר זיכרונות שנוצרו בעבר באמצעות הפעלה מוגברת של אחד מרכיבי מכונת הזיכרון במוח.

השיטה שפיתחו המדענים מתאימה רק לניסויי מעבדה, אבל הם מקווים שהבנה מפורטת של התפקיד שממלא המרכיב המרכזי הזה של "מכונת הזיכרון", יאפשר בעתיד לפתח דרכים למנוע אובדן זיכרון או לטפל בו.

 

האמיגדלה של ארכימדס

מדעני מכון ויצמן למדע גילו מנגנוני מוח שזוכרים תובנה פתאומית

כשאנו תופשים, באופן פתאומי, את התשובה לחידה, או מבינים בבת אחת את הפתרון לבעיה, כמעט אפשר לחוש את המנורה הנדלקת מעל ראשינו. בשפה המקצועית נקראים רגעים כאלה רגעי "אהה!", מסוג הרגעים שארכימדס חווה באמבטיה. אבל למה הדברים שאנחנו לומדים בתובנה פתאומית כזו נשארים איתנו בזיכרון?

פרופ' ידין דודאי ותלמידת המחקר רחל לודמר ממכון ויצמן למדע, יחד עם פרופ' נאוה רובין מאוניברסיטת ניו-יורק, עיצבו מבחן ייחודי שמאפשר לפענח מה נשאר במוח מאותם רגעי "אהה!". הם יצרו "דמויות מוסוות" – צילומים שעברו הסוואה שיטתית עד שנראו כמו כתמי דיו חסרי משמעות. ברוב המקרים, כאשר מתנדבים ראו את התמונות המוסוות בפעם הראשונה, הם לא הצליחו לזהות מה מסתתר בהן. אבל אחרי שהדמות המוסווה הוחלפה להרף עין עם הצילום המקורי – באופן שאיפשר למתנדבים לקבל הצצה מהירה בתמונה המקורית – המתנדבים חוו רגע של תובנה פתאומית: העצם או דמות הופיעה באופן ברור אפילו בתמונה המוסווית. "השינוי הזה התרחש", אומרת לודמר, "משום שהתפיסה שלהם עברה שינוי כהרף עין – בדיוק באופן שבו תובנה פתאומית משנה תוך שנייה את תפיסת העולם שלנו". המשתתפים התבקשו לחזור על התרגיל עם עשרות תמונות. כדי להקשות על הזיכרון של רגעי התובנה, הוזמנו המתנדבים למעבדה בשנית, והפעם, הם ראו רק את התמונות המוסוות (בתוספת מספר תמונות מוסוות שלא ראו קודם לכן), ושוב התבקשו לזהות אותן. 

חלק נכבד מהתובנות הפתאומיות שחוו המתנדבים נשמרו בזיכרונם ארוך הטווח. מה גרם לכך? כדי לחשוף מה קורה במוח ברגע התובנה, נעשתה הבדיקה הראשונה של המתנדבים בתוך מתקן fMRI, אשר עקב אחרי שינויים בפעילות במוח. כשבדקו המדענים את התוצאות, הופתעו לגלות, כי בין האזורים שהתבלטו בסריקות – כמו, לדוגמה, אזורים הידועים כמעורבים בזיהוי עצמים – מצוי גם האזור הקרוי אמיגדלה. האמיגדלה ידועה, בדרך כלל, כמוקד הרגשות במוח. לעומת זאת, התמונות שהופיעו בניסוי הנוכחי – כדורים פורחים, כלבים, אנשים מסתכלים במשקפות, וכדומה – לא היו כאלה העשויים לעורר רגשות. אבל המדענים מצאו שפעילות האמיגדלה מנבאת את יכולתו של המתנדב לזהות את הדמות המוסווית זמן רב אחרי רגע התובנה הפתאומית. המדענים משערים שהאמיגדלה מבשרת לשאר חלקי המוח שאירע מהפך בארגון הפנימי של מידע במוח, ושיש לשמר אותו לאורך זמן. כאשר חש "אהה!", הייתה זו אפוא האמיגדלה שגרמה לארכימדס לזכור את חוק הטבע שגילה בהבלח של תובנה באמבטיה.

  

מסנן הספינים

מולקולות די-אן-אי מסוגלות להבחין בין כיוונים מנוגדים של ספין

עקרונותיה של תורת הקוונטים קובעים את התנהגותם של חלקיקי החומר המיקרוסקופיים: אטומים, מולקולות קטנות וחלקיקים תת-אטומיים. אבל האם הם מתבטאים גם במערכות ביולוגיות? פרופ' רון נעמן מהמחלקה לפיסיקה כימית בפקולטה לכימיה של מכון ויצמן למדע, ביחד עם פרופ' זאב וגר ותלמיד המחקר טל מרקוס ומדענים מגרמניה, בחנו את השאלה הזאת. תוצאות מחקרם מראות שמולקולות של החומר הגנטי, די-אן-אי, מסוגלות להבחין בין כיוונים שונים של ספין, שהוא מעין תקיפת סחרור המאפיינת אטומים או חלקיקי חומר תת-אטומיים. ממצאים אלה פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Science.

כדי לחקור תופעות קוונטיות בחלקיקי חומר זעירים, נוהגים המדענים לקרר אותם לטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט. פרופ' נעמן: "אבל כאשר מערכת כזאת גדלה אל מעבר לסף מסוים, או שהטמפרטורה של החומר עולה אל מעבר לנקודה מסוימת, קשה לגלות את התכונות הקוונטיות שלה, והפיסיקה הקלאסית של היום-יום משתלטת. מולקולות ביולוגיות דוגמת הדי-אן-אי הן גדולות מאוד, והן פועלות בטמפרטורות גבוהות בהרבה מאלה שבהן אנו מבצעים את רוב הניסויים בתחום הפיסיקה הקוונטית.  אפשר היה לצפות שספין, תופעה קוונטית שקיימת בשני מצבים מנוגדים (שנהוג לכנותם "למעלה" ו"למטה"), אינו מתבטא באופן מובהק במולקולות האלה, ולפיכך קשה היה להניח שיש לו השפעה כלשהי על תיפקודן".

אבל המולקולות הביולוגיות הן בעלות תכונה נוספת: כיראליות. תכונה זו מתבטאת בקיומן של מולקולות בעלות הרכב כימי זהה, אשר נבדלות זו מזו במבנה המרחבי שלהן, כך שמולקולה אחת מהווה מעין "תמונת מראה" של המולקולה האחרת (הדבר מזכיר את הדמיון וההבדל שקיימים בין כף יד ימין לכף יד שמאל). לפיכך, על אף הזהות הכימית ביניהן, אי-אפשר להציב את המולקולות האלה כך שיחפפו זו את זו (כפי שאי-אפשר להציב בחפיפה את כף יד ימין עם כף יד שמאל).

במחקריהם הקודמים למדו מדעני המכון שמולקולות כיראליות אחדות מסוגלות לקיים יחסי גומלין שונים עם כיווני ספין שונים. יחד  עם פרופ' הלמוט זכריאס וצוות המחקר שלו באוניברסיטת מינסטר שבגרמניה,  הם בדקו אם הדי-אן-אי, שהיא מולקולה ביולוגית כיראלית, יכולה גם היא להבחין בין מצבי ספין שונים.

המדענים יצרו שכבות מסודרות של די-אן-אי דו-גדילי בעובי של מולקולה אחת, שהתארגנו באופן עצמאי ונקשרו למשטח זהב. לאחר מכן, הם חשפו את הדי-אן-אי לקבוצות של אלקטרונים שהתאפיינו בשני מצבי הספין. כך הבחינו שמולקולות הדי-אן-אי יוצרות יחסי גומלין בולטים עם אלקטרונים שהתאפיינו בכיוון ספין אחד מסוים, ומתעלמות מהיתר. ככל שהמולקולה הייתה ארוכה יותר, היא הייתה יעילה יותר בבחירת האלקטרונים בעלי הספין הרצוי. ממצא זה מעניין במיוחד לנוכח העובדה שגדילים יחידים ושכבות לא מסודרות של המולקולות לא פעלו כך. המדענים סבורים שהיכולת לבחור אלקטרונים בעלי ספין ספציפי נובעת מהצורה הכיראלית של מולקולת הדי-אן-אי.

"למעשה", אומר פרופ' נעמן, "נראה שהדי-אן-אי הוא 'מסנן ספינים' מעולה. מחקרנו מראה שהדי-אן-אי נפגע רק מספינים בכיוון אחד. יתכן שבעתיד נוכל להקטין את שיעור הפגיעה של מערכות ביולוגיות מקרינה אלקטרו-מגנטית ולעצב מכשירים רפואיים בהתאם. מצד השני, בעתיד יכול להיות שדי-אן-אי ומולקולות ביולוגיות אחרות יהפכו לרכיבים מרכזיים בהתקנים ספינטרוניים, שיפעלו בדרך של גילוי כיוון הספין במקום באמצעות מדידת מטען חשמלי, כמו המכשירים האלקטרוניים הקיימים כיום".      

    

 

 

 




הוסף תגובה הדפס מאמר      שלח לחבר      מאמר מועדף
 
שלח שאלה למומחה   |   שמור כדף הבית   |   הוסף למועדפים   |   תנאי שימוש באתר   |   Powered By Art-Up