גילוי מפתיע בדרך ליצירת מודל ממוחשב של מוח האדם | האוניברסיטה העברית בירושלים | The Hebrew University of Jerusalem
דלג לאתר בעברית
דלג לאתר באנגלית
דלג לאתר בערבית
דלג למפת אתר

גילוי מפתיע בדרך ליצירת מודל ממוחשב של מוח האדם

מדענים מהאוניברסיטה העברית בנו מודל ראשון מסוגו בעולם של תא עצב במוח האנושי ומצאו תכונות חשמליות ייחודיות המבדילות בין מוח האדם למוח העכבר
17/01/2017

השוואה בין מוח העכבר למוח האנושי מראה כי קליפת המוח האנושי עבה יותר, תאי העצב המאכלסים אותה גדולים יותר ומספר הקשרים הסינפטיים בין התאים גם הוא רב יותר. בשל הדמיון בין מוח האדם למוח העכבר ובשל חוסר זמינות של נתונים מהמוח האנושי, חוקרים במעבדות רבות בעולם מנתחים את נתוני המוח של עכברים ויונקים אחרים ומהם מסיקים על המוח האנושי.

 

אך מה באמת קורה במוח האדם? ומה באשר לתכונות החשמליות של תאי העצב במוח האדם? האם העתקה של התכונות החשמליות של תאי עצב מקליפת מוח העכבר או החולדה למוח האנושי נותנת תמונה טובה של התנהגות המוח האנושי? האם ישנם מאפיינים חשמליות ייחודיים שמבדילים בין מוח אדם למוח העכבר?

 

צוות מחקר בראשות פרופ' עידן שגב מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון למדעי החיים בפקולטה למתמטיקה ולמדעי החיים ומרכז אדמונד ולילי ספרא למדעי המוח באוניברסיטה העברית, חבר לקבוצת מחקר אירופאית שחוקרת חתיכות מוח אדם שמוצאות מקליפת המוח מחולים לאחר ניתוח פרוצדוראלי של הסרת גידול או הסרה של אזור אפילפטי. בסדרה של ניסויים חדשניים על פיסות מוח מאזורים בריאים של קליפת המוח, התקבלו נתונים ששימשו את הקבוצה הישראלית לבניית מודל מפורט ראשון מסוגו בעולם לתא עצב המחקה את ההתנהגות החשמלית בתא העצב במוח האנושי.

 

התוצאות היו מפתיעות: המודל חזה הבדל מהותי בתכונות החשמליות של ממברנות האנושיות מאלה שנמצאו עד כה ביונקים אחרים.

 

"המודל שבנינו מצא שהקיבול הספציפי בממברנה האנושית קטן ב 50% מאשר בממברנות של עכבר וחיות אחרות. על אף שהתא האנושי גדול יותר והמרחקים בין התאים במוח ארוכים יותר – מהירות ויעילות העברת הסיגנל החשמלי לאורכו של תא העצב האנושי גדלות בזכות הקיבול הנמוך של הממברנה האנושית. הקיבול הנמוך למעשה מפצה על המרחק הגדול יותר שהסיגנל החשמלי צריך לעבור במוחנו הגדול," אמר גיא אייל מצוות המחקר של פרופ' שגב, שבנה את המודל החדשני.

לקיבול הממברנה של הנוירונים יש תפקיד מפתח בעיבוד האותות בקליפת המוח. תוצאות המחקר מראות שהממברנות האנושיות מתפקדות כשבבי חשמל מהירים ויעילים המפצים על גודלו של המוח ומאפשרים עיבוד מידע חושי בצורה יעילה יותר.

 

"המחקר מראה שכבר ברמת אבני הבניין היסודיות של המערכת העצבית במוח, בני האדם נבדלים ממכרסמים וחיות אחרות. מתברר שהבנה עמוקה של מוחנו תובעת מחקר על רקמת עצב אנושית. רקמה כזאת זמינה בבתי חולים והגיע הזמן ללמוד ממנה על עצמנו," אמר פרופ' שגב.

 

התוצאה המפתיעה של המודל נבדקה שוב בניסוי ישיר על תאים אנושיים ותחזית המודל קיבלה אישרור נוסף. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת eLife (קישור).  

 

פרופ' עידן שגב הוא שותף לפרויקט המוח האנושי שזכה ב-2013 למענק של מיליארד אירו לעשר שנים. הוא וצוות החוקרים מהאוניברסיטה העברית וממכון המחקר הפוליטכני בלוזן, שוויץ, פועלים להרכיב מודל ממוחשב מפורט המדמה את המוח האנושי, ובעזרת סימולציית המחשב להתחקות אחר התנהגותו של המוח. מטרת הפרויקט להבין את פעילות המוח והמנגנונים הקשורים במחלות המבטאות פעילות פתולוגית של תאי העצב ושל הרשתות העצביות הנוצרות מהם (כמו באפילפסיה, פרקינסון וכד.) משמעות הדבר לתרגם  את כל התנהגויות החשמליות של תאי העצב השונים ושל הקשרים הכימיים (סינפטיים) ביניהם למשוואות מתמטית ואת הסימולציה המתמטית הזו ליישם במחשב על.

 

עד היום הסימולציה התבססה אך ורק על ניסויים בחולדות והצליחה לאחרונה לחקות היטב פעילות עצבית ברשתות קורטיקליות בגודל של מאות אלפי תאי עצב. מחקרים על רקמות אנושיות יאפשרו בעתיד הקרוב התאמתה של סימולציית המחשב למוח האדם, ובכך להבין מה מייחד את מוח האדם, הן הבריא והן החולה.

 

תמונת כתבת חדשות 
גילוי מפתיע בדרך ליצירת מודל ממוחשב של מוח האדם