חדשות

המחקר הובל על ידי ד״ר תמר אלמן והפרופ׳ יפתח יעקובי מבית הספר למדעי הצמח וביטחון מזון בפקולטה למדעי החיים ע״ש ג׳ורג׳ וייז, אוניברסיטת תל אביב, בשיתוף ד״ר שבתאי איזק מהמחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית באוניברסיטת בן־גוריון בנגב. המחקר פורסם בכתב העת המדעי היוקרתי International Journal of Hydrogen Energy.

לייצר מימן מבלי לפגוע בתאים

במסגרת המחקר, החוקרים התמקדו בזן ייחודי של האצה הירוקה Chlamydomonas reinhardtii, המסוגל לייצר מימן בתהליך פוטוביולוגי – כלומר, תוך שימוש באנרגיית השמש – ללא צורך בתנאי רעב קיצוניים. עד כה, רוב שיטות ייצור המימן מאצות הסתמכו על פגיעה מכוונת בתאים, מה שמנע שימוש מעשי בביומסה לאחר סיום התהליך. במחקר הנוכחי הוכח כי ניתן לייצר מימן באופן רציף במשך מספר ימים, מבלי לפגוע בשלמות התאים.

באמצעות תכנון מחודש של פוטוביוריאקטורים – מערכות גידול מוארות לאצות – הצליחו החוקרים להגיע לקצב ייצור הגבוה פי שישה מהניסויים המעבדתיים הקודמים. הייצור נמדד בנפחים של ליטרים, ולא בהערכות תיאורטיות, מה שמקרב את הטכנולוגיה לשלב יישומי.

פרופ' יעקובי: "אחד הממצאים המרכזיים של המחקר נוגע לביומסה שנותרת לאחר ייצור המימן. בדיקות תזונתיות הראו כי האצות מכילות כ־47% חלבון, עם פרופיל מאוזן של חומצות אמינו, חומצות שומן חיוניות ורכיבים נוגדי חמצון כמו לוטאין ובטא־קרוטן. המשמעות: ניתן לנצל את האצות כתוצר בעל ערך כלכלי בתחומי המזון, המספוא והתוספים התזונתיים – ובכך לקזז חלק משמעותי מעלויות ייצור המימן".

רמה תחרותית בשוק האנרגיה הירוקה

בנוסף, החוקרים ביצעו ניתוח כלכלי המבוסס על נתונים של מתקן גידול אצות מסחרי פעיל בישראל. לפי ההערכות, בתנאים הנוכחיים עלות ייצור המימן לקילוגרם גבוהה מאוד. עם שיפורים עתידיים בצפיפות האצות ובקצב הייצור, העלות עשויה לרדת לרמה של 2–3 דולר לקילוגרם – רמה הנחשבת תחרותית בשוק האנרגיה הירוקה.

לסיכום, החוקרים מדגישים כי הטכנולוגיה אינה מיועדת להחליף ייצור מימן תעשייתי רחב היקף, אלא להשתלב במתקני אצות קיימים, כפתרון משלים לייצור אנרגיה נקייה לצד חלבון בר־קיימא. בכך, מציע המחקר מודל חדש המחבר בין אנרגיה מתחדשת, חקלאות מתקדמת וכלכלה מעגלית – תחומים שבהם לישראל יתרון יחסי ברור.

"שילוב ייצור מימן ירוק בתוך מתקני גידול אצות קיימים פותח פתח לגישה חדשה לייצור אנרגיה מתחדשת – כזו שאינה מתחרה בייצור מזון אלא משתלבת בו," מסכם פרופ' יעקובי. "הביומסה תמיד שווה יותר מהמימן עצמו, אבל דווקא העובדה הזו מאפשרת להפוך את המימן לתוצר נלווה כלכלי וריאלי. המודל שהוצג במחקר מציב את ישראל בחזית המחקר העולמי בתחום המימן הביולוגי, ומדגים כיצד חדשנות מדעית יכולה להפוך לפתרון יישומי בעל ערך סביבתי וכלכלי גם יחד. לאור זאת, הפרויקט נמצא כיום בשלב מסחור וגיוס כספים לצורך מסחרו".

המחקר נערך בהובלת מילאן בקר, נמרוד לברשטיין וד"ר מארק שיין־אידלסון, חוקרים במחלקה לנוירוביולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ובבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Science Advances.

במהירות הצב

אוכלוסיית הצבים והיונקים התפצלו מאב קדמון משותף לפני כ־320 מיליון שנה. מאז, מוח היונקים, וקליפתו בפרט, עברה התפתחויות דרמטיות והפכה למורכבת, גדולה ומקופלת. מוח הצב לעומת זאת, נחשב פשוט יותר ודומה יותר לזה של האב הקדמון של הזוחלים והיונקים. לכן, כאשר מתגלה במוח של צב מנגנון חישובי מתוחכם, ההשערה היא שהוא היה קיים כבר במוחם של בעלי החיים הקדומים הראשונים שעלו ליבשה.

במסגרת המחקר, החוקרים התמקדו בקליפת המוח הדורסלית של הצב - אזור שנחשב הומולוג אבולוציוני (בעל שוויון מבני, מקור התפתחותי משותף או דמיון גנטי), לקליפת המוח של יונקים. באמצעות הקלטות עצביות מצבים ערניים, ומעקב אחר תנועות עיניים, החוקרים בדקו כיצד מגיב מוח הצב לגירויים חזותיים החוזרים על עצמם לעומת גירויים "חריגים" המופיעים במיקום בלתי צפוי בשדה הראייה. התוצאות היו מפתיעות.

"החלק המפתיע באמת הגיע כאשר בדקנו מה קורה בזמן שהצב מזיז את ראשו או את עיניו", אומר ד"ר שיין-אידלסון." שינוי כזה מזיז את התמונה על הרשתית ועלול ליצור 'בלבול' במערכת הראייה. אך אצל הצבים התגובה לגירוי החריג והרגיל נשארה עקבית, למרות השינויים התכופים בזווית המבט. במילים פשוטות: המוח של הצב 'מבין' שמשהו חדש קרה בסביבה, גם אם הצב רואה את התמונה מזווית אחרת כך שהיא לא נופלת בדיוק על אותו מקום בעין".

עוד נמצא כי תנועות עצמיות של הצב, כמו הזזת הראש או העיניים, כמעט שאינן מעוררות תגובה מוחית משמעותית, למרות שהן משנות מאוד את התמונה שנקלטת בעין. לעומת זאת, שינוי קטן אך לא צפוי בסביבה החיצונית מפעיל את המוח בצורה חזקה. הדבר מעיד על יכולת להבדיל בין גירויים שנובעים מתנועה עצמית לבין מידע חדש שדורש תשומת לב.

^{צוות המחקר (מימין לשמאל): ד"ר מארק שיין־אידלסון, נמרוד לברשטיין ומילאן בקר}

חלון ייחודי אל העבר האבולוציוני

לדברי החוקרים, הממצאים משנים את האופן שבו אנו מבינים את התפתחות המוח. עד היום סברו שמנגנונים מתקדמים כאלה התפתחו רק בשלבים מאוחרים של האבולוציה אצל יונים, ומופיעים במוחות מורכבים כמו של קופים ובני אדם. המחקר החדש מציע תמונה שונה: כבר במוחות קדומים מאוד, כמו זה של האבות הקדמונים של הצב, הייתה קיימת יכולת לזהות אירועים חשובים בסביבה.

היכולת הזו, כך מעריכים החוקרים, שימשה את בעלי החיים להבנה של הסביבה המרחבית שלהם, ללמידה ולהישרדות בעולם משתנה. מתברר שגם בלי קליפת מוח גדולה ומקופלת, לצבים יש מערכת חכמה שיודעת להבחין מתי משהו באמת חשוב קורה סביבם.

"המחקר מדגים כיצד מוחם של צבים משמש כחלון ייחודי אל העבר האבולוציוני. מאחר שצבים ויונקים התפצלו מאב קדמון משותף לפני מאות מיליוני שנים, גילוי מנגנונים מוחיים מתקדמים אצל צבים מעיד כי יכולות אלו היו קיימות כבר במוחות הקדומים ביותר. הממצאים מצביעים על כך שהיכולת לזהות התרחשויות חדשות וחשובות בסביבה, בלי להיות מושפעים מתנועות ראש ועניים עצמיות, היא אחת מאבני היסוד שעליהן נבנתה ההתפתחות של המוח שלנו", מסכם ד"ר שיין-אידלסון.

^{על מה הוא חושב שם מתחת לשיריון? צב יבשה מצוי}

ד"ר מארק שיין־אידלסון הוא חוקר בכיר בבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה ובבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. הוא בעל תארים מתקדמים בפיזיקה ובהנדסת חשמל וזוכה מענק ה-ERC. ד"ר שיין-אידלסון מתמקד במחקרו באבולוציה של חישוב עצבי ועיבוד חושי באמצעות מודלים של זוחלים, מתוך מטרה לפענח את עקרונות היסוד החישוביים המשותפים לרשתות עצביות ביולוגיות.

המחקר, שפורסם בכתב העת Physical Review Letters נערך בהובלת פרופ' יאיר שוקף מביה"ס להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב, בהשתתפות התלמיד לתואר ראשון, תומר סיגלוב ובשיתוף חוקרים מהולנד. המחקר מציג שיטה חדשה לתכנון מטא־חומרים - חומרים מלאכותיים שתכונותיהם נקבעות בעיקר על ידי הצורה והמבנה שלהם, ולא על ידי החומר שממנו הם עשויים.

החוקרים פיתחו מעין "ערכת לגו" של אבני בניין משולשות, שניתן לחבר ביניהן בצורות שונות. חיבורים אלה קובעים האם אזור מסוים בחומר יהיה גמיש או "מתוסכל" – מצב שבו החומר היה רוצה להתעוות, אבל הגאומטריה לא מאפשרת לו. באמצעות כללים מתמטיים פשוטים, ניתן לתכנן מראש כיצד החומר יתנהג, כמה דרכי תנועה יהיו לו, ואיך הן ייראו.

שינוי קטן באופן הסידור יוצר הבדל גדול

גישת "הלגו המכני" מאפשרת לתכנן מראש חומרים עם התנהגות מורכבת, בלי צורך בסימולציות כבדות או ניסוי וטעייה. המשמעות היא שניתן "להרכיב" חומרים ייעודיים למשימות שונות – בלימת זעזועים, שינויי צורה מתוכננים או מחשוב מכני – באותה קלות שבה מרכיבים מודל מלבנים מוכנות. תפיסה זו מקרבת את עולם החומרים לשפת ההנדסה המודולרית, ופותחת דרך לפיתוח מהיר של דור חדש של מטא־חומרים חכמים.

צוות החוקרים מסביר כי אחד ההישגים המרשימים של העבודה הוא הדגמה של תגובה מדורגת ללחץ: החומר אינו קורס בבת אחת, אלא מתקפל שלב אחרי שלב בצורה מבוקרת. תכונה זו חשובה במיוחד ליישומים כמו בלימת זעזועים, מיגון והגנה מפני פגיעות. מעבר לכך, החוקרים הראו שניתן להשתמש במבנים הללו כדי לבצע כפל מטריצה־וקטור - פעולה מתמטית בסיסית בלמידת מכונה ובינה מלאכותית – באמצעות תזוזות מכניות בלבד, ללא חשמל או אלקטרוניקה.

פרופ' שוקף: "המחקר מדגים כיצד ניתן לבנות חומרים חכמים בשיטה המזכירה לגו מכני: במקום לעצב כל חומר מחדש מאפס, השתמשנו במספר קטן של אבני בניין משולשות פשוטות, שכל אחת מהן מתנהגת בצורה ידועה. כמו בלגו, החוכמה אינה באבן הבודדת אלא באופן החיבור ביניהן. שינוי קטן באופן הסידור יוצר הבדל גדול בהתנהגות הכוללת – גמישות, נוקשות, תגובה מדורגת ללחץ או אפילו ביצוע חישובים. בנוסף, העבודה שלנו מראה שחישוב לא חייב להתבצע רק בשבבים אלקטרוניים. אפשר 'להטמיע' לוגיקה וחישוב בתוך החומר עצמו". גישה זו משתלבת בתחום מתפתח הנקרא "חישוב בחומר" (computing in materia), שעשוי להוביל בעתיד לרובוטים רכים, חיישנים חכמים ומערכות שפועלות לאורך זמן ללא מקור אנרגיה חיצוני.

המחקר נערך במעבדה של פרופ' ניצן צנזור מבית הספר סגול למדעי המוח ובית הספר למדעי הפסיכולוגיה באוניברסיטת תל אביב, בהובלת הדוקטורנט אור דזציו ובשיתוף פעולה עם המעבדות של פרופ' יאיר בר־חיים ופרופ' עידו תבור. צוות המחקר כלל את נוגה יאיר, נוגה מנדלוביץ', ד"ר ניב טיק, את ד"ר חגי שרון מביה"ח איכילוב, ואת פרופ' דניאל פיין מהמכון הלאומי לבריאות הנפש (NIMH) בארה״ב. המחקר פורסם בכתב העת המדעי Brain Stimulation.

להשפיע על האופן שבו הזיכרון מתקבע מחדש במוח

החוקרים התמקדו בהיפוקמפוס – אזור עמוק במוח שאחראי על עיבוד, אחסון ושליפה של זיכרונות. מאחר שגירוי ישיר של אזורים עמוקים במוח מחייב התערבות פולשנית, נעשה שימוש בשיטה עקיפה ומתוחכמת: זיהוי אזורים שטחיים במוח שמחוברים תפקודית להיפוקמפוס, וגירוי שלהם באמצעות גירוי מגנטי מוחי (TMS). מיקום הגירוי נקבע באופן אישי לכל משתתף באמצעות סריקות ,fMRI מה שהפך את הטיפול למותאם אישית.

במחקר הראשוני השתתפו עשרה מבוגרים עם PTSD שעברו חמישה טיפולים שבועיים. בכל מפגש הופעל תחילה הזיכרון הטראומטי, ולאחר מכן ניתן הגירוי המוחי – בדיוק בשלב שבו הזיכרון נמצא במצב "גמיש" ופתוח לשינוי, במסגרת תהליך המכונה רה־קונסולידציה. מטרת החוקרים הייתה להשפיע על האופן שבו הזיכרון מתקבע מחדש במוח, ובכך להקל על הסימפטומים של הפוסט-טראומה.

התוצאות הראו ירידה חדה בחומרת תסמיני הפוסט־טראומה, ובעיקר בתדירות ובעוצמה של הזיכרונות החודרניים. כל המשתתפים הראו שיפור עקבי. במקביל, הדמיות מוח הראו ירידה בקישוריות בין ההיפוקמפוס לאזורי הגירוי – עדות לכך שהשינוי אינו רק סובייקטיבי, אלא משקף שינוי ממשי בפעילות המוח.

חשיבות מיוחדת על רקע אירועי 7 באוקטובר

לממצאים חשיבות מיוחדת עבור חיילי צה״ל, אנשי כוחות הביטחון, אזרחים שנחשפו לאירועי הטרור ב־7 באוקטובר, שורדי הטבח ונפגעי הירי והחטיפות – אוכלוסיות שבהן שיעור הפוסט־טראומה צפוי להיות גבוה במיוחד. רבים מהם מדווחים על זיכרונות חודרניים עזים, גם חודשים לאחר האירועים. האפשרות לפתח טיפול קצר, לא פולשני, שמכוון ישירות למנגנון הזיכרון הטראומטי – עשויה להפוך לכלי משמעותי במערך השיקום הלאומי.

לדברי החוקרים, מדובר במחקר ראשוני בקבוצה קטנה וללא קבוצת ביקורת, אך כזה שמציג הוכחת היתכנות ברורה. כעת נדרשים ניסויים קליניים רחבים ומבוקרים כדי לבחון את יעילות השיטה לאורך זמן. אם הממצאים יאוששו, ייתכן שמדובר בשינוי כיוון מהותי באופן שבו מטפלים בזיכרון טראומטי – לא רק בהשלכות הרגשיות שלו, אלא בשורש העצבּי עצמו.

פרופ' ניצן צנזור מסכם: "הממצאים הראשוניים מצביעים על שינוי תפיסתי באופן שבו ניתן לגשת לטיפול בפוסט־טראומה. אנחנו מנסים כאן להתערב באופן ממוקד במנגנון המוחי של הזיכרון עצמו – בזמן שבו הוא 'נפתח' מחדש וניתן לשינוי. העובדה שראינו ירידה עקבית בזיכרונות החודרניים אצל כל המשתתפים, לצד שינוי מדיד בפעילות המוח, היא מעודדת מאוד. חשוב לי להדגיש שמדובר בתוצאות ראשוניות ביותר. יחד עם זאת, במיוחד על רקע המציאות הישראלית הנוכחית, אנחנו מקווים שהמשך המחקר הקליני המלא יאפשר בעתיד לפתח טיפול לא פולשני ונגיש, שיסייע לחיילים ולאזרחים רבים לחזור לחיים תפקודיים ללא פלישה מתמדת של הטראומה".