מדען אורח פרופ' רונן שגב

מתי המוח מכבה לנו את מערכת הראיה מבלי שנרגיש? כיצד הצטמצמות מחקר המוח לארבעה מינים בלבד עלולה לחסום התפתחויות חשובות בעתיד? ומה יש לדג הקַשָת לומר על זה?
X זמן קריאה משוער: 5 דקות

מהי, לדעתך, פריצת הדרך המשמעותית או המסקרנת ביותר שנעשתה בתחום המחקר שלך בשנים האחרונות?

מדי כמה שנים עולה פריצת דרך טכנולוגית המאפשרת למדעני מוח לראות ולעשות הרבה יותר מבחינה מחקרית, אבל לאו דווקא להבין. אפשר לקחת לדוגמה את היכולת לתעד באופן מקבילִי נוירונים רבים במוח ואת יחסי הגומלין ביניהם. התמונה שמתקבלת היא מורכבת לאין שיעור וזה הופך לאתגר בפני עצמו להבין מה היא אומרת. דוגמה ספציפית יותר היא האופטוגנטיקה, ללא ספק אחת מפריצות הדרך הטכנולוגיות המרשימות ביותר בעת האחרונה. בשיטה זו מוחדר וירוס לתאי-עצב ספציפיים במוח שגורם להם לבטא גן חדש. גן זה גורם לתא העצב לגדל חלבון חדש, וכיוון שחלבון זה מכיל פיגמנט, הוא משנה את מבנהו כאשר פוגע בו אור.

בשורה התחתונה, החלבון הזה מאפשר לחוקר להשתמש בסיבים אופטיים כדי לשלוט ברזולוציה מדהימה בפעולת התאים. אבל לא היינו מתחילים אפילו לדמיין מה ניתן לעשות עם השיטות הללו, אילולא היה ברשותנו כוח מחשוב כדי להתמודד עם הנתונים שהן מייצרות. למעשה, כל פריצת דרך טכנולוגית בעת האחרונה – כמו שיטות אופטיות, חשמליות, או מגנטיות לניתור המוח והפעלתו – מצריכה התמודדות עם סיבוכיות חדשה שנוצרת. לכן אפשר לומר, שכוח המחשוב העולה בצורה פנטסטית בארבעים שנה האחרונות, הוא לא פחות חשוב כי הוא זה שמאפשר בסופו של דבר את אינספור התובנות החדשות בתחומים המשניים כמו ביולוגיה מולקולרית, גנטיקה, נוירוביולוגיה וכולי.

מהם המחקרים שמעסיקים אותך בתקופה זו?

מה שמעניין אותי כיום, בהקשר של מדעי המוח, הוא לחקור כל מה שניתן באמצעות דג הקַשָת (Archer Fish). מקור המזון של הקַשָת אינו רק מתחת למים. בנוסף, הוא צד חרקים המעופפים באוויר באמצעות צליפה בהם עם סילוני מים. שיטת הצייד הזו מאפשרת לנו לערוך מגוון רחב של ניסויים התנהגותיים שנועדו להציג לו בעיות שונות, החל מבעיות בתפיסה וויזואלית ועד בעיות בקבלת החלטות בתורת המשחקים. מדוע זה מעניין? משום שהאנטומיה של מוחו של הדג שונה מאוד משלנו אך תפקודים רבים הנחוצים להישרדותו נחוצים גם לנו. בשל האנטומיה הפשוטה של מוחו, לא רק שמדידה עצבית של תאים בודדים מספקת לנו תמונה בהירה של התפקודים השונים, אלא זה מאפשר לנו גם לשאול שאלות מעניינות, כמו מהי החומרה המינימאלית שמספיקה לתפקוד מסוים? ישנם פתרונות לבעיות מסוימות בטבע שהם פתרונות אוניברסאליים ולכן מעניין לבחון כיצד הם התפתחו במינים שונים.

למשל, ישנה תופעה המוכרת בפסיכולוגיה כעיכוב הַחְזָרַת הקשב. נניח שאנחנו מחפשים אחר מטרה מסוימת במרחב ונניח שיש אות מסוים שעשוי לנבא את הופעת הדבר שאנו מחפשים. אם הוא הופיע תוך זמן קצר אחרי האות, הקשב שלנו יוסט מיד ויתביית על המטרה. אם עבר זמן רב יחסית, ייקח לנו יותר זמן לזהות את המטרה כאשר היא תופיע. תופעה זו התגלתה לפני שנים אצל בני אדם והיתה הסכמה כי זה הגיוני מאוד מבחינה אקולוגית.

נניח שאנחנו מחפשים אריה בסוואנה אך אוושת שיחים במקום מסוים מתבררת כאזעקת שווא. בפעם הבאה שאותה אוושה תחזור על עצמה, המוח לא יחזיר לשם את המבט באותה בהילות, כיוון שהשטח ההוא כבר כוסה וההנחה האוטומטית היא, שיש סבירות גבוהה יותר שהאריה יצוץ במקום אחר. קשב הוא משאב יקר מאוד ולכן בקליפת המוח התפתחו מנגנונים שינצלו אותו ביעילות. אבל אם זה הגיוני מבחינה אקולוגית, הרי שזוהי תכונה שאמורה היתה להופיע לפני התפתחות קליפת המוח. זו סוגיה שסקרנה את עמיתי, פרופ' אבישי הניק, והוא פנה אלי כיוון שלדגי קשת אין קליפת מוח. משחק הצליפה שעיצַבנו עבור הדגים הראה כי תופעת עיכוב החזרת הקשב מתקיימת גם אצלם אך היא נשלטת אך ורק על ידי האזור במוח האחראי על תנועות העיניים.

כיצד אתה רואה את העתיד של תחום המחקר שלך?

באופן מצער למדי, מאז שנות השבעים ישנה מגמת התכנסות בעולם מדעי המוח למחקר של לא יותר מארבעה-חמישה מינים; רוב המאמצים מושקעים במוחותיהם של אדם, קוף, זבוב הפירות ועכבר או חולדה. מצד אחד, אפשר לראות בכך תופעה חיובית, משום שאנחנו מעמיקים את ההתמחות במערכות ספציפיות. מצד שני, זה בעייתי מאוד בעיני, כי כשאנו מסתכלים על ההיסטוריה של הביולוגיה, הרבה תובנות חשובות צצו דווקא ממחקר מינים מאוד רחוקים ומוזרים. למשל, הבנת הפעילות הבסיסית של תא-עצב, שהיוותה קפיצת דרך מחקרית עצומה, התאפשרה מתוך מחקר הדיונון הענק.

הסיבה היא טכנית ופשוטה: בחיה משונה זו תאי העצב הם ענקיים יחסית ובשנות הארבעים לא היתה קיימת הטכנולוגיה שאפשרה לחקור את מנגנון תאי העצב המיקרוסקופיים שברוב בעלי החיים. מנגנון אחר הוא החלבון הפלואורסנטי (Green Fluorescent Protein), נלמד דרך מחקר בזן של מדוזות. המינים האלה נחשבים אזוטריים כיוון שהם התפתחו בתנאים סביבתיים יחסית משונים, אך דווקא השונות יצרה התמחות המאפשרת בקלות יחסית מחקר, שאחר כך מועיל בהבנה של מערכות אחרות, כמו במקרה של תאי העצב או בשימושים טכנולוגים כמו במקרה של החלבון הפלואורסנטי.

ההתכנסות למערכות ביולוגיות ספורות היא מטרידה משום שהיא לא מאפשרת למדע לטרוף את הקלפים, להתבונן ברב-גוניות ולגלות מה שעדיין אין לנו מושג שאנחנו מחפשים. לכן הייתי מצפה שבשלב כלשהו בעתיד המטוטלת תחזור, נבין את החשיבות שבמחקר מערכות חדשות ונעז לחקור אותן.

מהו ההסבר האלגנטי, העמוק או היפה ביותר בעיניך לתופעה כלשהי?

בשל מורכבותה, מערכת הראיה הולידה כמה תופעות והסברים מעניינים ביותר. הסבר אלגנטי ופשוט שאני מוצא בו עניין, למרות שהוא לא חדש, הוא ה- Saccadic Suppression. ישנם שני סוגי תנועות עיניים: סריקה מדוקדקת של האובייקט עליו המבט ננעל, או לחילופין, דילוג מהיר (Saccadic) מאובייקט לאובייקט. תנועת העיניים המהירה אינה מובנת מאליה. אפשר להראות באופן מתמטי שבמהירות שהעיניים נעות, תזוזת התמונה על פני הרשתית היא כל כך מהירה, עד שהפוטורצפטורים (תאי העצב האחראיים להמיר את האור למסר חשמלי) לא יספיקו להגיב. מה שהיינו אמורים לראות בכל פעם שאנחנו מזיזים את העיניים ממקום למקום, זו תמונה נמרחת ממש כמו התמונה שמתקבלת כאשר אנחנו מצלמים סטילס תוך כדי הזזת המצלמה במהירות. לכאורה, אפשר היה להתמודד עם הבעיה אילו היינו עוצמים את העיניים כל פעם שהיינו מזיזים את האישונים. המוח מצא פיתרון אלגנטי יותר: בכל תנועת עיניים מהירה הוא מכבה את מערכת הראייה, אף על פי שנוצרת אשליה כאילו הכל פועל כרגיל. אפשר לעשות את הניסוי הזה בבית: לעמוד מול המראה, להעביר את המבט מעין לעין ולנסות לתפוס את תזוזת האישונים. אנחנו לא רואים אותם זזים בשל אותו כיבוי אוטומטי של מערכת הראיה.

לגבי מה אתה אופטימי?

למרות שהרבה מהמחקר הביולוגי נעשה כיום בלתי נפרד מתחומים אחרים, כמו מדעי המחשב ומתמטיקה, תכניות הלימודים האקדמיות אינן משקפות מגמה זו. המערכת הפדגוגית היא מאוד נוקשה. כל החלטה מצריכה הסכמה של הרבה אנשים, יש הרבה וותיקים שנמנעים משינויים ומעבר לכך, מערכת תקצוב האוניברסיטאות היא פר סטודנט המסיים את לימודיו, מה שמייצר תמריץ לאקדמיה לדאוג יותר למספר הסטודנטים ופחות לאיכות ההוראה והעלאת הקושי של החומר הנלמד. אבל דברים מתחילים להשתנות ואני אופטימי שזו רק שאלה של זמן, עד שאופי המחקר בשטח יכתיב את תחומי ההוראה ורמתה.

מחשבה זו התפרסמה באלכסון ב


תגובות פייסבוק

2 תגובות על פרופ' רונן שגב