מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה וטבע
רוח
רפואה ומדעי החיים
מוזיאון הטבע
התארכות גופה של נקבת הארבה בזמן הטלת ביצים בקרקע

מחקר

04.12.2022
כוחות העל של נקבת הארבה

הגמישות של מערכת העצבים המרכזית שלה מאפשרת לה להימתח בעת הטלת ביציה באדמה עד פי 2 או פי 3 מאורכה המקורי, ואז לשוב במהירות לאורכה הרגיל ללא נזק

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • רפואה ומדעי החיים

כל אימא תעשה הכל כדי לדעת שהצאצאים שלה נמצאים במקום בטוח. מסתבר שנקבת הארבה יכולה לקחת את זה צעד אחד קדימה: מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב מצא כי מערכת העצבים המרכזית של נקבת הארבה היא בעלת תכונות אלסטיות, שמאפשרות לה להימתח בעת הטלת ביציה באדמה עד פי 2 או פי 3 מאורכה המקורי, מבלי שייגרם לה נזק בלתי הפיך. החוקרים: "איננו מכירים יכולת דומה כמעט אצל אף יצור חי בטבע. מערכת העצבים של האדם למשל, יכולה להימתח עד 30% מבלי להיקרע או להינזק לצמיתות". לדבריהם, בעתיד עשויים הממצאים לתרום לפיתוחים חדשים בתחום הרפואה הרגנרטיבית, כבסיס לשיקום עצבים, ולפיתוח רקמות סינתטיות.

 

מגלה גמישות

המחקר נערך על ידי צוות חוקרים של אוניברסיטת תל אביב בהובלת ד"ר בת-אל פנחסיק מבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, ופרופ' אמיר אילי מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס וייז. כמו כן, השתתפו במחקר ד"ר ראקש דאס מבית הספר להנדסת מכונות, ד"ר משה גרשון מבית הספר לזואולוגיה, ופרופ' ערן פרלסון ואמג'ד איברהים מהמחלקה לפיזיולוגיה ופרמקולוגיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר.

 

"כשנקבת הארבה מבקשת להטיל את ביציה, היא חופרת בור באדמה שיעניק להן הגנה ותנאים אופטימליים לבקיעה. לצורך זה היא מצוידת באיבר חפירה ייעודי, שמורכב משני זוגות כפות חפירה, שממוקמים בקצה הבטן, משני צדדיו של צינור ההטלה. תוך כדי חפירה, הנקבה מאריכה את גופה, עד שחיישנים הממוקמים לאורכו מאותתים שהגיעה לנקודה מתאימה להטלה. כך, נקבה בוגרת, שאורך גופה כ-4-5 ס"מ, עשויה למתוח אותו לצורך ההטלה עד לאורך של 10-15 ס"מ, ואז לשוב במהירות לאורכה הרגיל, ולהתארך שוב בהטלה הבאה", מסבירה ד"ר פנחסיק.

 

"יכולת העל של נקבל הארבה היא כמעט בגדר 'מדע בדיוני'. בטבע בכלל מוכרות רק עוד שתי דוגמאות של 'ביצועים' דומים: לשונו של הלוויתן המכונה 'ראשתן גדול ראש', וסוג מסוים של חילזון ימי, שמערכות העצבים שלהם מסוגלות להתארך משמעותית בזכות מנגנון דמוי אקורדיון. אנחנו ביקשנו לברר מהו המנגנון הביומכני המקנה לנקבת הארבה את יכולתה המופלאה", אומר פרופ' אילי.

 

המפתח לטיפולי שיקום ורפואה רגנרטיבית?

במסגרת המחקר, החוקרים הוציאו מנקבות ארבה את מערכות העצבים המרכזיות שלהן, והניחו אותן בתוך נוזל המדמה את הסביבה הטבעית, בתנאים פיזיולוגיים דומים לאלה שבתוך הגוף. באמצעות מכשירי מדידה רגישים ביותר הם מדדו את הכוחות הדרושים כדי להאריך את מערכת העצבים.

 

"בניגוד להשערות קודמות ולדוגמאות המוכרות, לא מצאנו כל מנגנון דמוי אקורדיון. גילינו שמערכת העצבים של נקבת הארבה עשויה מחומר אלסטי, שמסוגל להתארך ואחר כך לחזור מעצמו למצבו המקורי, מוכן לשימוש חוזר, מבלי שנגרם לרקמה כל נזק. זהו ממצא כמעט בלתי-נתפס מבחינה ביומכנית ומורפולוגית", אומר ד"ר פנחסיק.

 

"מדובר ביכולת מופלאה שאינה מוכרת באף בעל חיים אחר. במחקרי המשך נברר את הסוגייה לעומקה, במטרה לזהות את המנגנון הספציפי שמאפשר את התכונה הייחודית. אנחנו מקווים שבעתיד יסייעו הממצאים שלנו לפיתוח רקמות סינתטיות עם גמישות גבוהה ולשיקום עצבים בטיפולים של רפואה רגנרטיבית", מסכם פרופ' אילי.

 

מימין: ד"ר בת-אל פנחסיק , ד"ר ראקש דאס  ופרופ' אמיר אילי

מחקר

23.10.2022
יצאו מהקו

חוקרים מצאו שיטה חדשה לעקם ולפצל קרני אור בצבעים שונים על ידי תהליך אופטי לא ליניארי

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים

לחומרים שונים יש דרכים שונות להקדם במרחב. קרני אור למשל מתקדמות בתווך אחיד כגון אוויר או זכוכית בקווים ישרים, בעוד שאת מסלולם של חלקיקים טעונים כמו אלקטרונים אפשר לעקם על ידי הפעלת שדה חשמלי או מגנטי. בניסוי שנערך לאחרונה באוניברסיטת תל אביב ופורסם בכתב העת היוקרתי Nature Photonics, הראו החוקרים כי ניתן לפצל ולעקם גם את המסלול של אלומות אור באמצעות שימוש באלומת אור נוספת ובגביש לא ליניארי.

 

צוות החוקרים מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ומבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, כולל את הדוקטורנטים אופיר ישרים (שהוביל את הניסוי), ואביב קרניאלי, ד"ר סטיבן ג׳אקל, ד"ר ג׳וזפה די דומניקו, וד"ר סיוון טרכטנברג-מילס, תחת הנחייתו של פרופ׳ עדי אריה, מופקד הקתדרה ע"ש מרקו ולוסי שאול.

 

עדיין רלוונטי: מחקר בן 100 שנים מתורת הקוונטים

הניסוי שבוצע מבוסס על אנלוגיה בתחום האופטי לאחד מניסויי המפתח של תורת הקוונטים, ניסוי שטרן-גרלך אשר פורסם בדיוק לפני 100 שנה, בשנת 1922. החוקרים הגרמניים אוטו שטרן ו-וולטר גרלך שלחו אטומי כסף דרך שדה מגנטי שמשתנה במרחב, והבחינו כי כתוצאה מכך מתקבל פיצול של אלומת האטומים: מחצית מהאטומים סטו לכיוון אחד, ומחציתם השני לכיוון הנגדי. הסיבה לכך היא שלאלקטרוני הערכיות של הכסף יש תכונה הקרויה ספין, אשר גם קובעת את המומנט המגנטי של כל אלקטרון. השדה המגנטי החיצוני מפעיל כוח על האלקטרון, אשר תלוי בכיוון המומנט המגנטי של אותו אלקטרון. בניסוי התברר כי ערך הספין שנמדד יכול לקבל רק שני ערכים אפשריים (שנקרא להם "מעלה" ו"מטה"), ולכן אלומת האטומים מתפצלת לשתי זוויות בלבד.

 

כעת, 100 שנים לאחר הניסוי המקורי, ביצעו החוקרים ניסוי מקביל באופטיקה, בו קרני אור פוצלו באמצעות אינטראקציה לא-לינארית (אינטראקציה בה קרני אור יכולות להשפיע אחת על השנייה). במסגרת הניסוי, השתמש צוות המחקר בגבישים  אופטיים לא ליניאריים. לטענתם, לרוב משתמשים בגבישים אלה כדי לבצע המרות תדר, כלומר קרן לייזר באורך גל (צבע) מסוים תהפוך לקרן באורך גל אחר.

 

ספין אלקטרוני

"בניסוי זה שלחנו שלוש אלומות אור בארכי גל שונים לגביש לא לינארי, שלמען הנוחות נסמן אותם בצורה סימבולית כאלומות בצבע כחול, ירוק ואדום. האלומה הירוקה היא בעוצמה חזקה בהרבה מהאלומות האחרות, ובאמצעות התהליך הלא ליניארי היא מאפשרת המרת אנרגיה מהאלומה הכחולה לאדומה או להיפך. בניסוי שבוצע, נשלחה אלומה ירוקה רחבה, שלה  עוצמה מקסימלית במרכזה, והיא יורדת לאפס בשולי האלומה. כך יוצרים אינטראקציה שמשתנה במרחב - אינטראקציה חזקה במרכז האלומה, ואינטראקציה חלשה בשוליה", מסביר פרופ' עדי אריה.

 

"אלומה זו ממלאת תפקיד אנלוגי לשדה המגנטי המשתנה במרחב בניסוי שטרן-גרלך המקורי. אם נשלח אלומה כחולה לאזור המואר על ידי שיפולי האלומה הירוקה, נקבל פיצול לשתי אלומות הנעות בזויות שונות, שבכל אחת מהן יש כעת אור כחול ואור אדום. באחת האלומות האור הכחול והאור האדום הם בעלי אותו מופע (פאזה), והיא נעה ימינה, ובאלומה השנייה הן במופע הפוך והיא נעה שמאלה. שתי אלומות אלה הן האנלוג של הספין של האלקטרון בניסוי שטרן גרלך המקורי", הוא מוסיף.

 

לדבריו, אפשר גם להגדיל או להקטין את זווית הפיצול על ידי הגדלה או הקטנה של עוצמת הלייזר הירוק. "לעומת זאת, כאשר הוכנסה אלומה משולבת של כחול ואדום, לא ניתן היה לראות פיצול היות והקרן סטתה לכיוון אחד בלבד, כתלות במופע בין הצבעים שהוכנסו. ניסוי זה מקביל למקרה שבו מכניסים אטומי כסף בעלי ספין ״מעלה״ או ״מטה״ בלבד בניסוי שטרן גרלך".

 

לסיכום, החוקרים מסבירים כי פיצול מרחבי של אורכי גל אינו דבר חדש. מנסרה, למשל, מאפשרת פיצול מרחבי של אורכי גל לזוויות שונות, ואולם פיצול זה הוא קבוע ומפריד כל צבע לכיוון אחד. בניסוי שהודגם במסגרת מחקר זה, הפיצול מאפשר להשתמש בשילוב אורכי גל, כתלות במופע ביניהם, ולשלוט בזווית הפיצול על ידי אלומת אור נוספת. לתופעה זו יש יישומים פוטנציאלים בתחומים של עיבוד אותות ותקשורת אופטית, תקשורת קוונטית,  חישוב קוונטי, חישה מדויקת ועוד. החוקרים מאמינים שהניסוי יהווה את נקודת הפתיחה לניסויים נוספים שמנצלים את ההקבלה בין מערכות של אלקטרונים בשדה מגנטי לבין מערכות אופטיות.

 

צוות המחקר

צוות המחקר

מחקר

29.09.2022
אנחנו, השמשייה והמגבת, ושני טון מיקרופלסטיק

מחקר ראשון מסוגו חושף ממצאים מדאיגים באשר לרמת הזיהום של מיקרופלסטיק בחופי ישראל

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • סביבה וטבע

אם טיילתם יחפים על שפת הים ובמקום צדפים הגלים הביאו עמם לחוף אריזות ריקות, כלים חד פעמיים וחלקיקי פלסטיק קטנים - דעו שמדובר במכת מדינה של ממש. מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב, בשיתוף המרכז הישראלי לחקר הים התיכון, בדק את רמת הזיהום בחלקיקי פלסטיק (מיקרופלסטיק), לאורך רצועת החוף של ישראל, וחשף את העובדה הקשה: רצועת החוף בישראל מזוהמת ביותר משני טון מיקרופלסטיק, במיוחד באזור תל אביב וחדרה. לאור הממצאים המדאיגים, החוקרים מתריעים כי החשיפה לפסולת פלסטיק חלקיקית בישראל, שנחשבת למסוכנת לסביבה ולבריאותנו, היא בלתי נמנעת.

 

אריזות מזון, כלים חד-פעמיים ורשתות דייג

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט אנדריי איתן רובין והסטודנטית לימור עומייסי מהמעבדה של ד"ר אינס צוקר, בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ובבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ על שם פורטר. המחקר פורסם בכתב העת המדעי Marine Pollution Bulletin.

 

במהלך שנת 2021 אספו החוקרים דגימות מששה אזורים לאורך רצועת החוף: אשקלון, ראשון לציון, תל אביב, חדרה, חוף דור וחיפה. לאחר האיסוף הועברו הדגימות למעבדה, שם נעשו אנליזות שונות, בהן ספירת חלקיקים, מדידות מסה, ניתוח תמונה וניתוח כימי לזיהוי הפולימר שמרכיב את הפלסטיק וכן זיהוי של היסודות שספוחים על גבי חלקיקי המיקרופלסטיק. החוקרים גילו, בין היתר, כי הדגימות כללו פלסטיק שמקורו באריזות מזון, כלים חד-פעמיים ורשתות דייג.

 

"מעניין היה לראות כי פלסטיק ממקור יבשתי (כגון אריזות מזון), היה דומיננטי יותר על פני פלסטיק ממקור ימי (למשל, רשתות דיג). הדבר מצביע על הצורך ברגולציה טובה יותר של פסולת חופית", אומר אנדריי איתן רובין.

 

ד"ר אינס צוקר והדוקטורנט אנדריי איתן רובין

 

הכי מזוהמים: חופי תל אביב וחדרה

עוד נתון שעלה מממצאי המחקר הוא כי מבין החופים שנבדקו חופי הים של תל אביב וחדרה הם המזוהמים ביותר. רמת הזיהום בחופים אלו, אשר נמצאים בהתאמה בסמיכות לנחל הירקון ולנחל אלכסנדר, הייתה גבוהה פי 4 מרמת הזיהום שנמדדה בראשון לציון ובחוף דור, שהם שני החופים בעלי ריכוז חלקיקי המיקרופלסטיק הנמוך ביותר. יחד עם זאת, גם בשמורת חוף דור, שמנוקה באופן תדיר, נמצאו חלקיקי מיקרופלסטיק בכמות לא מבוטלת.

 

החוקרים מעריכים כי רמת הזיהום הגבוהה בחופי תל אביב וחדרה והעובדה שהם נמצאים בסמיכות לנחלים, מצביעה על כך שמימי הנחל סוחפים עימם לים חלקיקי מיקרופלסטיק ובכך מעצימים את רמת הזיהום בחוף. כך למשל, מעריכים החוקרים שנחל אלכסנדר אוסף תשטיפים של שפכים לא מטופלים מהגדה המערבית וכן פסולת מאזורי חקלאות ותעשייה הנמצאים בסמוך לאפיקי הנחל. באופן דומה, נחל הירקון סופח אליו מצבור של מיקרופלסטיק ממרכזי התעשייה בתל אביב.

 

"ככל שחלקיקי הפלסטיק קטנים יותר - כך קשה יותר להרחיק אותם מהסביבה והם מסוכנים יותר לסביבה ולבריאות האדם. את חלקיקי המיקרופלסטיק שנסחפים לים בולעים הדגים, ושרידיהם מגיעים בסופו של דבר אל בני האדם"

 

"המחקר שלנו מגלה כי רצועת החוף הישראלי מכילה ככל הנראה יותר משתי טונות של פסולת מיקרופלסטיק. פלסטיק זה מתפרק באיטיות תחת התנאים הסביבתיים לחלקיקים קטנים עוד יותר. ככל שחלקיקי הפלסטיק קטנים יותר - כך קשה יותר להרחיק אותם מהסביבה והם מסוכנים יותר לסביבה ולבריאות האדם. את חלקיקי המיקרופלסטיק שנסחפים לים בולעים הדגים, ושרידיהם מגיעים בסופו של דבר אל בני האדם", אומר אנדריי איתן רובין.

 

"המחקר מהווה נדבך חשוב להבנת השפעות נוכחות מיקרופלסטיק בסביבה. מחקר ניטור הפלסטיק בישראל עוד בחיתוליו, ועלינו לכלול גם ניטור של חלקיקי פלסטיק קטנים יותר, מדגימות סביבתיות נוספות כמו מי ים ונחלים, בכדי להבין עוד יותר דפוסים סביבתיים בהקשר של  נוכחות המיקרופלסטיק", מוסיפה ד"ר צוקר ומסכמת "נראה כי החשיפה לפסולת פלסטיק חלקיקית היא בלתי נמנעת. אנחנו פועלים גם בכדי להעריך את ההשפעות הסביבתיות והבריאותיות שעלולות להופיע מהמצאות החלקיקים בשכיחות ובריכוזים גבוהים כמו שנמצאו. מה שבטוח הוא שנדרשים צעדים מעשיים כדי לצמצם את תרומת ישראל לזיהום המיקרופלסטיק בים התיכון".

מימין: פרופ' לב שמר, פרופ' עדי אריה וגאורגי גרי רוזנמן

מחקר

21.07.2022
הגל הנושם שהוכיח תיאוריה מדעית

חוקרים הצליחו להוכיח תופעה תיאורטית ולמדוד חבילות גלים מחזוריות

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב הצליח למדוד בפעם הראשונה היעדר אפקט טלבוט במרחקי שברים של מרחק טלבוט, תופעה שנחזתה עד היום רק באופן תאורטי. מדובר בתופעה שעל פיה כאשר גל אור בעל צבע יחיד עובר דרך מבנה מחזורי, מתקבלת לאחריו שוב ושוב תבנית אור מחזורית, במרחקים קבועים הנקראים מרחקי טלבוט xT. תופעת גלים זו אינה מוגבלת רק לגלי אור ונחקרה עבור סוגים רבים ושונים של גלים, כולל גלי חומר וגלי קול. החוקרים הראו כי ניתן להסביר את שבירת הסימטריה על ידי משוואת גלים מדויקת יותר הנקראת משוואת דיסט׳ה (Dysthe).

 

לעורר חבילות גלים מחזוריות

התגלית המדעית התאפשרה במסגרת מחקר שבחן את דינמיקת ההתפשטות של חבילות גלים מחזורית בגלי כבידה משטחיים על פני מים, על ידי מדידת ההתפתחות שלהם לאורך בריכת גלי מים באורך 5 מטרים. צוות החוקרים כלל את גאורגי גרי רוזנמן, מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, פרופ׳ וולפגנג שלייך מאוניברסיטת אולם, פרופ׳ עדי אריה מבית הספר להנדסת חשמל ומופקד הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול, ופרופ׳ לב שמר מבית הספר להנדסה מכנית. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתיPhysics Review Letters .

 

דינמיקת ההתפשטות של חבילות גלים מחזוריות נחקרה גם בתחום הלא-ליניארי באופן תאורטי. המדען ניל אחמדייב מצא פתרון אנליטי שנקרא "Akhmediev breather" שמשמעותו "גל נושם", היות והצורה שלו חוזרת על עצמה באופן מחזורי. עם זאת, יש הבדל חשוב לעומת המקרה הליניארי, והוא שמקבלים בצורה מחזורית רק את המבנה המקורי, ואילו המבנים במחזוריות הקצרה יותר לא מופיעים.

 

בניסוי שבוצע, צוות החוקרים עורר חבילות גלים מחזוריות של גלי כבידה משטחיים. לשם כך נבחר הגל הנושם של אחמדייב (Achmediev breather). כאשר הגלים המעוררים הם בעלי משרעת גדולה, הדינמיקה הלא ליניארית של גלי הכבידה המשטחיים הופכת להיות משמעותית וגורמת להיעלמות התבניות המחזוריות בעלת המחזורים הקצרים, למשל במחצית מרחק טלבוט.

 

בריכת הגלים באוניברסיטת תל אביב בה התבצע הניסוי

 

בנוסף, גילו החוקרים במסגרת המחקר כי כאשר אי-הלינאריות גבוהה יותר, המדידות חורגות מהפתרון האנליטי של אחמדייב, וניתן לראות  שבירה א-סימטרית של פונקציית הגל. שבירה זו גורמת למעטפת הגלים להאיץ במעט ולהאיט לאחר מכן חזרה למהירות החבורה. שבירת סימטריה זו נגרמת בגלל אי לניאריות מסדר גבוה, אשר אינה נלקחת בחשבון במשוואת הגלים הפשוטה - משוואת שרדינגר הלא לינארית.

 

שטיחי טאלבוט במערכת של גלי כבידה משטחיים. (1) שטיח טאלבוט ״לינארי״ (2) שטיח טאלבוט ״לא לינארי״ (3) סקיצה של מערכת ניסוי בה נמדדו התופעות

מחקר

12.07.2022
בזמן שישנת

האם נוכל לגלות אם אדם שנחשב למחוסר הכרה קולט ומבין את הנאמר סביבו?

  • מוח
  • הנדסה וטכנולוגיה
  • רפואה ומדעי החיים

תגלית חדשה של אוניברסיטת תל אביב עשויה לסייע לפתור את התעלומה המדעית: כיצד הופך המוח הער את הקלט החושי לחוויה מודעת. החוקרות והחוקרים הסתמכו על נתונים שהתקבלו מאלקטרודות שהושתלו במעמקי המוח האנושי לצרכים רפואיים, כדי לבחון הבדלים בתגובת קליפת המוח לצלילים שונים שמושמעים לנבדק במצבי ערות לעומת שינה. הם הופתעו לגלות שהתגובה המוחית לצלילים עוצמתית גם במהלך השינה בכל המדדים, מלבד אחד: רמת גלי האלפא-בטא הקשורה למידת תשומת הלב, הקשב, והציפיות לגבי צלילים הנקלטים. המשמעות: במצב שינה המוח שומע את הצליל אך לא מצליח להתמקד בו ולזהות אותו, ועל כן תפיסה מודעת של הצליל אינה קיימת במצב של שינה. לדברי צוות המחקר, מדובר לראשונה במדד כמותי ששונה באופן דרמטי בין אדם ער שמודע לצלילים לבין תגובת שמע במצבי שינה, שמתאפיינים בחוסר הכרה וניתוק מהסביבה, שיוכל לשמש כבסיס לפיתוח שיטות יעילות ונגישות למדידת רמת ההכרה של אנשים השרויים לכאורה במצבים שונים של חוסר הכרה.

 

לצלול (פיזית) למעמקי המוח האנושי

המחקר נערך בהובלת ד"ר חנה חייט ובסיוע של ד"ר עמית מרמלשטיין מהמעבדה של פרופ' יובל ניר מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר, בית הספר סגול למדעי המוח, והמחלקה להנדסה ביו-רפואית, וכן בהובלת פרופ' יצחק פריד מהמרכז הרפואי של אוניברסיטת UCLA בארה"ב. עוד השתתפו במחקר: ד"ר אהרון קרום וד"ר יניב סלע מקבוצת המחקר של פרופ' ניר וכן ד"ר עידו שטראוס וד"ר פיראס פאהום מהמרכז הרפואי תל אביב (איכילוב). המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Neuroscience.

 

פרופ' ניר מסביר כי ייחודו של המחקר הוא בכך שהוא מסתמך על נתונים מאלקטרודות שהושתלו במעמקי המוח האנושי ומנטרות את פעילות המוח ברזולוציה גבוהה, כולל ברמת הנוירון (תא עצב) הבודד. לדבריו, מסיבות מובנות, לא ניתן להשתיל אלקטרודות במוחם של בני אדם לצורכי המדע, אך במחקר זה, החוקרים נעזרו במצב רפואי מיוחד שבו הושתלו אלקטרודות במוחם של חולי אפילפסיה, כדי לנטר את הפעילות המוחית באזורים השונים לקראת ניתוח שנועד לסייע להם. החולים התנדבו לבחון את תגובת המוח לגירויי שמע במצבי ערות לעומת שינה.

 

במסגרת המחקר, הוצבו ליד מיטות החולים רמקולים המשמיעים צלילים שונים. החוקרים השוו את הנתונים שהתקבלו מהאלקטרודות בנוגע לפעילות תאי העצב ולגלים חשמליים מקומיים באזורים שונים של המוח, בזמן ערות ובשלבים שונים של שינה. בסך הכול נאספו נתונים מכ-700 נוירונים, כ-50 נוירונים מכל נבדק, לאורך תקופה של 8 שנים.

 

ד"ר חנה חייט

 

הכל טמון בעוצמת גלי האלפא-בטא

"לאחר שצלילים נקלטים באוזן, האות נמסר מתחנה לתחנה בתוך המוח. עד לאחרונה רווחה הסברה שבמצבי שינה, האותות הללו דועכים במהירות כשהם מגיעים לקליפת המוח. במחקר שלנו גילינו להפתעתנו שגם במהלך השינה תגובת המוח חזקה ועשירה מהצפוי, ומתפשטת לאזורים רבים בקליפת המוח ומציתה תגובה דומה בעוצמתה לזו שנמדדה במצב של ערות. אולם בתכונה ספציפית אחת גילינו פער דרמטי בית הפעילות המוחית במצבי ערות ושינה - רמת הפעילות של גלי אלפא-ביתא", מסביר ד"ר חייט.

 

החוקרים מסבירים שגלי אלפא-ביתא (בין 10 ל-30 הרץ), קשורים לתהליכים של קשב וציפייה, שנשלטים על ידי  משוב (פידבק), מאזורים גבוהים של המוח. למעשה, במקביל להעברת המידע "מלמטה למעלה"  מקולטני החושים לאזורי עיבוד גבוהים, מתרחשת גם תנועה הפוכה: האזורים הגבוהים, שמסתמכים על ידע מוקדם שנצבר במוח, פועלים כמעין יד מכוונת ואקטיבית ושולחים מידע "מלמעלה למטה", כדי להדריך את אזורי החושים במה להתרכז, ממה להתעלם, וכדומה. כך לדוגמה, כשצליל מסוים נקלט באוזן, אותם אזורים גבוהים מזהים אם הצליל מוכר או חדש, אם הוא ראוי לתשומת לב או שאולי אין צורך להתייחס אליו. פעילות מוחית זו משתקפת כדיכוי של גלי אלפא-בטא, ואכן, מחקרים קודמים זיהו רמה גבוהה של גלים אלה במצבים של מנוחה והרדמה. על פי המחקר הנוכחי, עוצמת גלי האלפא-בטא היא למעשה ההבדל העיקרי בין מצבי ערות לשינה בכל הנוגע לתגובת המוח לגירויי שמע.

 

"ניתן יהיה לבחון את מידת המודעות לסביבה של אדם דמנטי או של אדם במצב סיעודי שאינו מסוגל לתקשר עם סביבתו"

 

"לממצאים שלנו יש משמעות נרחבת, מעבר לגבולות הניסוי עצמו. ראשית, הם מספקים מפתח חשוב לשאלה העתיקה והמסקרנת מכל: מהו סוד התודעה? מהי הפעילות המוחית הייחודית שמאפשרת לנו להיות מודעים למתרחש סביבנו, ונעלמת כשאנו ישנים? גילינו קצה חוט חדש, ובמחקרים עתידיים נעמיק במנגנונים האחראים להבדל זה", אומר פרופ' ניר ומסכם "בנוסף, מכיוון שזיהינו מאפיין מוחי ספציפי שמבדיל בין מצבי הכרה וחוסר הכרה, יש בידינו לראשונה מדד כמותי שמאפשר להעריך את רמת המודעות  של הנבדק בתגובה לצלילים".

"על ידי שכלול מדידת רמת גלי האלפא-בטא במוח, תוך שימוש באמצעי ניטור נגישים שאינם פולשניים (כמו EEG), אנו מקווים שניתן יהיה, לדוגמא, לוודא במהלך ניתוח שהמטופל שרוי בהרדמה עמוקה ואינו חש דבר. באופן דומה, ניתן יהיה לבחון את מידת המודעות לסביבה של אדם דמנטי או של אדם במצב סיעודי שאינו מסוגל לתקשר עם סביבתו. במקרים כאלה, רמה נמוכה של גלי אלפא-בטא כתגובה לצלילים אף עשויה להעיד שאדם שנחשב למחוסר הכרה בעצם קולט ומבין את הנאמר סביבו. אנחנו מקווים שהממצאים שלנו ישמשו בסיס לפיתוח שיטות יעילות ונגישות למדידת רמת ההכרה של אנשים השרויים לכאורה במצבים שונים של חוסר הכרה."

 

פרופ' יובל ניר וד"ר עמית מרמלשטיין

מחקר

11.04.2022
האם החיסון בטוח? שאלו את החיישן!

טכנולוגיה חדישה תאפשר לקבוע את בטיחות החיסונים באמצעות חיישנים חכמים

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • רפואה ומדעי החיים

רבות ורבים מתלבטים לגבי שימוש במוצר חדש שנכנס לשוק ומעדיפים לקבל המלצות ממי שכבר התנסה בו. על אחת כמה וכמה כשמדובר בתרופות ובחיסונים. כיום, המחקרים הקליניים לבדיקת בטיחות של חיסון חדש מסתמכים על דיווחים סובייקטיביים של הנבדקים, שבאופן טבעי עשויים לגרום להטיה של המחקר. מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב מאפשר לראשונה בעולם, לקבוע את הבטיחות של חיסונים חדשים באמצעות חיישנים חכמים ועל פי פרמטרים פיזיולוגיים אובייקטיביים. לדבריהם, כאשר מסתמכים על נתונים פיזיולוגיים ואובייקטיביים שמוזנים באמצעות חיישנים שמוצמדים לגוף - התוצאות הן ברורות וחד משמעיות.

 

הסוף לעידן הדיווח העצמי

במחקר הנוכחי, הצליח צוות החוקרים להוכיח שניתן לבדוק את יעילותו של חיסון חדש באמצעות חיישנים חכמים. המחקר נערך בזמן קבלת החיסון השני של הקורונה. המחקר נערך בהובלת ד"ר יפתח גפנר מהחוג לאפידמיולוגיה ורפואה מונעת בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, ד"ר דן ימין וד"ר ארז שמואלי מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן. הוא פורסם בכתב העת Communications Medicine מבית Nature.

 

"בשיטה המקובלת כיום, מחקרים קליניים שנועדו להעריך את בטיחותו של טיפול או של חיסון חדש נערכים באמצעות שאלונים של דיווח עצמי. החוקרים שואלים את הנבדקים איך הם מרגישים לפני ואחרי שקיבלו את הטיפול או החיסון. כמובן, מדובר בדיווח סובייקטיבי לחלוטין. גם כשפייזר ומודרנה פיתחו את החיסון נגד נגיף הקורונה החדש, עדיין הוכיחו את הבטיחות שלו באמצעות דיווח עצמי", מסביר ד"ר גפנר.

 

החוקרים ציידו את המתנדבים בחיישנים חדשניים ומאושרי FDA של חברת ביוביט הישראלית, שהודבקו לגופם ובדקו את תגובותיהם הפיזיולוגיות יום לפני קבלת החיסון ועד שלושה ימים אחריו. חיישנים אלו מנטרים 13 מדדים פיזיולוגיים כגון קצב לב, קצב נשימה, סטורציה (חמצן בדם), נפח פעימת לב, טמפרטורה, תפוקת לב ולחץ דם. התוצאות היו מפתיעות: מצד אחד החוקרים זיהו חוסר קשר משמעותי בין הדיווחים הסובייקטיביים על תופעות הלוואי למדידה בפועל. למשל, נבדקים שהעידו בשאלונים על כך שכאב להם הראש למרות שלא באמת כאב להם הראש ואחרים שאמרו שהם לא ישנו כל הלילה, למרות שבעצם הם ישנו שמונה שעות רצוף.

 

בנוסף, הם מצאו שתופעות הלוואי עולות ב-48 השעות הראשונות ואחר כך חוזרות לנורמה שלפני החיסון. כלומר, באמצעות הערכה ישירה לבטיחות החיסון ניתן לומר שישנה תגובה פיזיולוגית לחיסון ב 48 השעות הראשונות, ולאחר מכן הערכים מתייצבים חזרה.

 

"המסר שעולה מהמחקר שלנו הוא ברור", מסכם ד"ר גפנר. "ב-2022 הגיע הזמן לערוך בדיקה שהיא רציפה, רגישה ואובייקטיבית של בטיחות חיסונים וטיפולים חדשים. אין סיבה להסתמך על דיווחים עצמיים, ואין סיבה להמתין להופעה של תופעות לוואי נדירות כמו מיוקרדיטיס, דלקת שריר הלב, אירוע שקורה אחת ל-10,000. הרי אפשר למצוא סימנים מקדימים לדלקת באמצעות חיישנים מתקדמים, ובכך לזהות בכמה החיסון משנה מדדים פיזיולוגים ואת הסיכון לדלקת. מצד שני, כשמזמינים נבדקים למרפאה ובודקים  להם לחץ דם, מן הסתם לחץ הדם שלהם עולה כי הם נלחצים מהסיטואציה. מדידה רציפה בבית פותרת את הבעיות הללו באמצעות ניטור פשוט, נוח, זול ומדויק. זוהי הרפואה שאנו שואפים אליה בשנת 2022".

 

מימין: ד"ר ארז שמואלי, ד"ר יפתח גפנר ופרופ' דן ימין

מחקר

05.04.2022
הטכנולוגיה החדישה לביטול החזרת גלי אור ממשטחים

פריצת דרך פיזיקלית והנדסית מציעה שיטה יעילה יותר מהטכניקות הקיימות כיום לצמצום תופעת החזרת האור

  • הנדסה וטכנולוגיה

כאשר קרן אור עוברת מתווך אחד לשני, גם אם שניהם שקופים (כגון מאוויר לזכוכית), חלק מעוצמת האור מוחזר וחלק עובר. תופעה זו, אשר מתבטאת למשל בהשתקפות שאנו רואים כאשר מסתכלים החוצה בשעות החשיכה מחדר מואר דרך החלון, היא תופעה כללית של התפשטות גלים וקיימת גם בגלי רדיו, מיקרוגל, גלי קול, גלי לחץ, ואף בפונקציות הגל המתארות חלקיקים קוונטיים.

 

"תופעת ההחזרה החלקית נובעת מכך שלתווכים שונים תכונות אופטיות שונות," מסביר פרופ' קובי שויער. "כך למשל, ההחזרה החלקית מזגוגית החלון נובעת מכך שמהירות האור באוויר ובזכוכית הן שונות – האור מתקדם לאט יותר בזכוכית. תופעת ההד שאנו שומעים בקרבת מצוקים נובעת מסיבה דומה – גלי הקול יכולים להתקדם בקלות בחומרים מוצקים, במהירות גבוהה יותר מאשר מהירותם באוויר. ההבדל בין מהירות הקול באוויר ובסלע גורם להחזרה חלקית של גלי הקול והוא זה שיוצר את ההד."

 

מחקר חדש מציע שיטה חדשנית לביטול החזרת גלי אור ממשטחים, אשר מונעת החזרה של טווח רחב של אורכי גל או תדרים. המחקר נערך בהובלת פרופ' קובי שויער ופרופ' פבל גינזבורג מביה"ס להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, בשיתוף עם ד"ר דמיטרי פילונוב מהמכון לפיזיקה וטכנולוגיה במוסקבה, ופורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי Optics Express.

 

לנטרל את הגורם המפריע

במקרים רבים, מציינים החוקרים, תופעת ההחזרה החלקית מהווה גורם מפריע. במערכות תצפית ואופטיקה מורכבות כגון מיקרוסקופ, תופעת ההחזרה החלקית עלולה לגרום להפחתה דרמטית בעוצמת האור המגיעה לעין האנושית או לגלאי, ובכך לפגיעה משמעותית בביצועי המערכת. כדי להעניק פתרון לתופעת ההחזר החלקית על פני טווח תדירויות רחב, החוקרים ניגשו לבעיה מכיוון שונה לחלוטין.

 

פרופ' שויער מרחיב: "באופן כללי, על מנת להפחית את תופעת ההחזרה החלקית ניתן להשתמש ב'ציפוי נגד החזרות' (anti-reflection coating). ציפוי זה מתפקד כמהוד (באנגלית resonator) הגורם להתאבכות בונה של האור בכיוון ההתקדמות ולהתאבכות הורסת לאחור, וכך מידת ההחזרה פוחתת. ציפויים מסוג זה ניתן למצוא במגוון רחב של מערכות אופטיות ואקוסטיות, ואפילו במשקפי ראייה. החיסרון העיקרי של השיטה הוא יעילותה המוגבלת, אשר מתאימה לתדר יחיד, זהו תדר התהודה."

 

במערכות הנדרשות לטפל בטווח של אורכי גל או תדרים, לדוגמה משקפי ראייה או מיקרוסקופ, השיטה הקיימת אינה מבטלת לחלוטין את ההחזרה החלקית של האור. עקרונית, ניתן להרחיב את השיטה לטיפול בטווח של אורכי גל או תדרים, וזאת ע"י הרכבת ציפוי שכולל מספר שכבות מחומרים ועוביים שונים, אך בפועל קשה מאוד לתכנן ציפויים מרובי שכבות מכיוון שנדרשת אופטימיזציה מסובכת של עובי השכבות ותכונותיהן.

 

נעים להכיר: "מהוד לאור לבן"

על מנת להתגבר על מגבלת היעילות בשיטות הקיימות, פיתחו החוקרים התקן המכונה "מהוד לאור לבן". לדברי פרופ' שויער, "בניגוד למהודים רגילים, המאופיינים ע"י מספר מסוים ומוגבל של תדרי תהודה, המהוד החדש מסוגל להגיב לטווח רציף של תדרים. הרעיון שמאחורי השיטה החדשה הוא שימוש בתכונות הייחודיות של המהוד לאור לבן על מנת ליצור התאבכות הורסת של הגלים המוחזרים על פני כל טווח התהודה של המהוד ובאופן זה לבטלם. מימוש המהוד המיוחד מתאפשר הודות לשילוב של מספר שכבות בעלות תכונות אופטיות שונות, אלא שבניגוד לגישה הקונבנציונלית, התכנון הוא פשוט ואינו דורש אופטימיזציה ממוחשבת מסובכת."

 

החוקרים אימתו את תקפות הרעיון ע"י מימוש מבנה שמבטל החזרות בטווח תדרים רחב בתחום המיקרוגל. לשם כך, הם הרכיבו שני מוליכי גלים בעלי מאפיינים שונים והראו כי ניתן לבטל את ההחזרה החלקית אשר מתרחשת באופן רגיל, כאשר גלי מיקרוגל עוברים ממוליך גלים אחד לשני, ע"י מימוש מהוד אור לבן המורכב ממקטעים של מוליכי גלים בעלי מאפיינים שנבחרו בהתאם. כדי לשלוט במאפייני המקטעים המרכיבים את המהוד, החוקרים מילאו אותם במטא-חומרים שמומשו באמצעות הדפסה תלת ממדית.

 

פרופ' שויער מסכם באופטימיות: "קונספט המהוד לאור לבן הינו אוניברסלי וניתן למימוש לכל סוגי הגלים ובכל טווחי התדרים. ליכולת לבטל החזרות על פני טווח תדרים רחב עשויות להיות השלכות מרחיקות לכת ויישומים רבים כגון מערכות תצפית ודימות טובות יותר, מערכות תקשורת בעלות טווח וקצב מידע משופרים וכן פיתוח טכנולוגיות חמקנות."

מחקר

05.04.2022
לראשונה בעולם: רובוט שיכול להרים חפצים בגודל של מילימטר

צוות המחקר הצליח לחקות עקרון פעולה של חרקי מים זעירים ולתרגם אותו לתהליך מכני מבוקר שניתן ליישום טכנולוגי

  • הנדסה וטכנולוגיה

טכנולוגיה חדישה של אוניברסיטת תל אביב תאפשר לראשונה בעולם לרובוטים ימיים להרים חפצים זעירים שגודלם קטן ממילימטר. במסגרת המחקר, בנו החוקרים זרוע רובוטית עם ראש מיוחד שהודפס בתלת ממד ואשר יכול לייצב בועות אוויר על מנת ליצור "גשרים קפילריים" (בעלי תכונת הנימיות) שעשויים מאוויר בלבד. תכונת הנימיות משמעה שנוזלים מסוגלים "לטפס" במעלה צינורות דקים בהיעדר כוחות חיצוניים כמו כוח הכבידה, ולעתים אף בניגוד אליהם. לטענת החוקרים, הזרוע הרובוטית יכולה לשמש באוטומציה של ניסויים עם תאים ביולוגיים בסביבה מימית, בהתקנים מיקרוניים בסביבת נוזלים, במניפולציה וסידור של חפצים קטנים מתחת למים ואף בניקוי משטחים הטבולים בנוזל.

 

המחקר התבצע בהובלת ד"ר בת-אל פנחסיק, חברת סגל בכירה בביה"ס להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, יחד עם תלמידיה במעבדה לביו-מימטיקה של מערכות מכניות ופני שטח. המחקר פורסם על שער כתב העת היוקרתי ACS Applied Materials & Interfaces.

 

ללכת מתחת למים

החוקרים מסבירים כי מתחת למים חרקים רבים נעזרים בזיפים זעירים, שמאפשרים להם לכלוא ולייצב בועות אוויר דוחי מים המכסים את גופם. כשבועות אלו באות במגע עם משטחים, הן יוצרות גשרים עשויים מאוויר שמאפשרים לחרקים ללכת מתחת למים.

 

בצורה הזו, בדומה לחרקים, הצליחו החוקרים להראות שניתן להשתמש בגשרים נימיים של אוויר על מנת להרים ולמקם חפצים רבים קטנים וקלים (מסדר גודל של מילימטר ואף פחות מכך) מתחת למים, ואשר לא ניתן להרים ולשחרר בדרך אחרת. עם חפצים אלה ניתן למנות יריעות דקות, משטחים מחוררים או מחוספסים, חלקיקים זעירים בצורות שונות, לכלוך ועוד.

 

ד"ר פנחסיק מסבירה: "ככל שמערכות רובוטיות הופכות קטנות יותר, הן מושפעות יותר מכוחות פני שטח. למשל, הכוחות שגורמים לחרקים קטנים להיכלא בפני השטח של מים בלי יכולת להשתחרר. במקרה הזה הפכנו את החיסרון ליתרון – רתמנו כוחות פני שטח אלה על מנת לבצע מטלות הכרוכות בהזזת חפצים קטנים וקלים, מסדר גודל של מילימטר ומטה".

 

לשאוב השראה מהטבע

"הצלחנו לחקות עקרון פעולה של חרקים ולתרגם אותו לתהליך מכני מבוקר שניתן ליישום טכנולוגי. בנוסף, הראינו כי אפשר לקפל יריעות דקות מתחת למים, בדומה לאוריגמי, על ידי שימוש בבועות אוויר. ככל הידוע, לא קיים מנגנון הדבקה או אחיזה אשר מסוגל לבצע את כל הפעולות הללו על מגוון כה גדול של חלקיקים וחפצים מזעריים, וזאת ללא שימוש בדבק ובצורה מדויקת, פשוטה וגם הפיכה, שכן ניתן לשאוב את האוויר הכלוא בזמן ובמקום המתאים וכך לשחרר את החלקיקים מהדבקה".

 

בניגוד למנגנוני הצמדה והדבקה המבוססים על דבק כימי, במחקר זה אין שימוש בכימיקלים, ולכן במקרים שבהם זיהומים הם סיכון משמעותי, כמו למשל בהליכים רפואיים או ניסויים ביולוגיים, לא ניתן להכניס חומרים זרים לסביבת העבודה. הזרוע הרובוטית פותחת את האפשרות לנקות את סביבת העבודה הנוזלית מחלקיקי מזהמים, דבר שלא ניתן לביצוע על ידי זרועות רובוטיות קונבנציונליות.

 

ד"ר פנחסיק מסכמת: "במחקר שלנו אנו מתעניינים במערכות בטבע, בעיקר אצל חרקים, כדי לקבל השראה לפיתוח של מערכות רובוטיות קטנות, או כאלו שעושות שימוש בעקרונות פיזיקליים המשמשים את החרקים בטבע על מנת לשרוד ולבצע פעולות חשובות באוויר או במים. לשם כך, יש בקבוצה סטודנטים וסטודנטיות מהנדסה מכנית, הנדסה ביו-רפואית, הנדסת חומרים ופיזיקה. זה מה שנותן לנו יתרון גדול במחקר שהוא רב-תחומי ובמציאת רעיונות לא שגרתיים ופתרונות יצירתיים בתחום הרובוטיקה והחומרים, ואכן הצלחנו במקרה זה לחשוב מחוץ לקופסה ולהגיע לכלל הדגמה וביצוע איכותיים".

 

צפו בסרטון שמדגים את עיקרון הפעולה של הרובוט

מחקר

22.03.2022
איך נוצרים גלים בים?

חוקרים פיצחו את התעלומה המדעית באמצעות מודל תיאורטי

  • הנדסה וטכנולוגיה

"הנה בא עוד גל גדול, זהירות רק לא ליפול", שר דני סנדרסון לכל הגולשות והגולשים בים. אחת מתופעות הטבע הנפוצות והמוכרות ביותר היא היווצרות של גלי ים על ידי רוחות ומשבי אוויר, אבל מסתבר שלמרות שהתופעה המוכרת נחקרת כבר כ-150 שנה - עד היום לא נמצא עדיין המודל המתמטי המושלם שיתאר את תהליך המנגנון במלואו ויאומת בניסוי. חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו מודל תאורטי חדשני וראשון מסוגו אשר שופך אור על התעלומה. המודל נועד להסביר את תהליך יצירת הגלים והוא נבחן בסדרת ניסויים מורכבים שבוצעו לאורך תקופה ארוכה. מסקנות המחקר פורץ הדרך יסייעו בפיתוח כלים לחיזוי אקלימי וליכולת ניבוי של תנועת מזהמים על פני המים.

 

אוסף של תדירויות

גלים מכניים ובכלל זה גלי מים, ניתנים לתיאור כאוסף של תדירויות, ממש כפי שניתן לפרוט מנגינה לתווים ולהרמוניות. המודלים הנפוצים ביותר כיום מתחשבים בגידול של הרמוניה בודדת, הבלתי יציבה ביותר, ומניחים שההתפתחות המרחבית שלה אחידה. המודל החדש שמציעים החוקרים מתחשב בכל ההרמוניות הבלתי יציבות ובמגבלות החלות עליהן, בהן מגבלת שבירה של הרמוניות תלולות מאוד, דעיכה הדרגתית כתוצאה מהסתרה של הרמוניות נמוכות על ידי גלים גבוהים יותר ומגבלת זמן התפתחות מרחבי. בכך, התאוריה החדשה מאפשרת לתאר את הסיטואציה הפיזיקלית באמינות גבוהה, בהשוואה למודלים הקודמים.

 

החוקרים שהובילו את המחקר הם פרופ' לב שמר וד"ר מיטל גבע ממעבדת גלי המים בבית הספר להנדסה מכנית שבפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters.

 

"התפתחות גלי רוח על פני המים היא תופעה מורכבת. אחת הסיבות להיעדר תאוריה כוללת של התהליך נובעת ממחסור בתוצאות ניסיוניות מפורטות. מדידות שדה גלים ורוח בים מוגבלות מאוד, בעיקר בשל חוסר היכולת לשלוט בתנאי הסביבה וקושי לבצע ניסויים בים הפתוח, אפילו בקרבת החוף", מסבירה ד"ר גבע. "במעבדת הגלים בבית הספר להנדסה מכנית קיימת מערכת ניסוי ייחודית ואוטונומית לבחינת האינטראקציה בין המים לרוח ומערכת זו מאפשרת איסוף של מידע מקיף על ההתנהגות במרחב ובזמן של פני המים תחת משטרי רוח שונים".

 

התגברו על הקושי התיאורטי

הבעייתיות המובנית בתורות הקודמות, ששימשו את החוקרים בתחום זה במשך כ-65 שנה, נובעת מההנחות הרבות עליהן הן התבססו וחוסר היכולת שלהן להתממש בצורה כמותית, מה שהגביל עד מאוד את יכולת החיזוי הפיזיקלית. החוקרים מוסיפים כי הקושי התאורטי שהיה קיים בפיתוח מודל שלם נבע מכך שבמים נוצרות צורות ותבניות דינמיות סבוכות שמגיבות אחת עם השנייה ומאופיינות במידה רבה של אקראיות בזמן ובמרחב התלת ממדי. כמו כן, מעורבים בבעיה שלל כוחות מכניים כמו כבידה, צמיגות ומתח פנים, ויש לקחת בחשבון את מעברי האנרגיה והתנע בין האוויר למים –  סוגיה לא טריוויאלית כלל במכניקת הזורמים.

 

"במחקר זה אנחנו משתמשים לראשונה במשוואות מדויקות ובשיטות מקובלות מתחום המכניקה סטטיסטית על מנת לנתח את התהליכים האקראיים והלא-ליניאריים שמתרחשים בעת היווצרות הגלים. למעשה, המודל המוצע הוא היחיד שמאפשר תיאור בזמן ובמרחב של שדה הגלים החל ממצב של פני מים חלקים ועד למצב סופי הקבוע בזמן, וחשוב מכל – זהו המודל הראשון שאומת באופן מלא מול תוצאות ניסיוניות ומתאר את התהליך לא רק איכותית, אלא גם כמותית", מפרטת ד"ר גבע על המודל החדש ויישומיו.

 

לחזות את תנועת הזיהום בים

"היווצרות גלי רוח היא תוצאה של אינטראקציה הדדית בין האוקיינוס לאטמוספירה ולכן יש לתהליך השפעה מכרעת על מעבר מסה, תנע ואנרגיה בממשק פני המים. בהתבסס על כך, אנו סבורים כי התיאור המוצע הוא צעד חשוב בשיפור במודלים לחיזוי מזג אויר בטווח קצר ושינוי אקלימי בטווחי זמנים ארוכים יותר. כמו כן, הבנת האינטראקציה תאפשר הערכה של תנאי סביבה המשפיעים על החיים בים ויכולת ניבוי של תנועת מזהמים על פני המים. עם המסקנות מהמחקר ניתן ללכת צעד אחד קדימה בתחומים הללו, שחשיבותם הולכת וגוברת בעידן משבר האקלים בו אנו חיים. מעבר לכך, תמיד נהדר לפתור תעלומות במדע ואנחנו שמחים על התוצאות", מסכמת ד"ר גבע.

 

יצוין כי מעבדת גלי המים בראשות פרופ' לב שמר משמשת מזה שנים גם לאימות של מודלים מתחומי דעת נוספים בהנדסה ובפיזיקה, בהן מספר תגליות חדשות שפורסמו לאחרונה כגון מיקוד חושך בדומה למיקור קרני אור, וכן מוליך גלים מסוג חדש, שתיהן פרי עבודתו של פרופ' עדי אריה מבית הספר להנדסת חשמל.

 

ד"ר מיטל גבע ופרופ' לב שמר

מחקר

16.02.2022
המיקרופלסטיק מגביר פי 10 את רעילותם של מזהמים אורגניים בסביבה

מחקר חדש חושף שהרעילות המוגברת עשויה לגרום לפגיעה קשה במערכת העיכול ובבריאות האדם

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • סביבה וטבע

כולנו מודעים לנזק העצום שיש לחלקיקי הפלסטיק על הסביבה ועל חיינו. מיקרופלסטיק הוא שם כללי לחומרי פלסטיק שמופיעים בתצורה של חלקיקים וסיבים זעירים בגודל של עשרות מיקרונים עד מילימטרים אחדים. הם נמצאים כמעט בכל מקום: במקווי מים, בקרקעות, במוצרי מזון, בבקבוקי מים, ואפילו בקרחונים בקוטב הצפוני. החוקרים מסבירים שכיוון שהפלסטיק אינו חומר טבעי, הוא מתפרק לאט מאד בטבע בתהליך שנמשך לעתים אלפי שנים, ובמסגרת תהליך זה נוצרים אותם מיקרופלסטיקים. לאורך התהליך, חלקיקי המיקרופלסטיק פוגשים מזהמים סביבתיים שנספחים על פני השטח של חלקיקי המיקרופלסטיק, וכצמד, הם עשויים להוות איום עבור בריאות הסביבה והאדם. מחקר חדש שנערך באוניברסיטת תל אביב חושף כעת ממצא נוסף מבהיל לא פחות: בסביבה ימית, המיקרופלסטיק סופח ומרכז אליו חומרים אורגניים רעילים ובכך מגביר את הרעילות שלהם פי 10. דבר זה עשוי להביא לפגיעה קשה בבריאותנו.

 

מגנט למזהמים סביבתיים

המחקר נערך בהובלת ד"ר אינס צוקר מבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, ומביה"ס לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, ביחד עם הדוקטורנט אנדריי איתן רובין. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי Chemosphere.

 

במסגרת המחקר, בחנו החוקרים את כל התהליך שעובר המיקרופלסטיק, החל מהאינטראקציות שהוא מקיים עם מזהמים סביבתיים ועד לשחרור המזהמים ויצירת רעילות מוגברת. הם מצאו כי הספיחה של אותם מזהמים אורגניים על גבי המיקרופלסטיק מגבירה את הרעילות פי 10 וכן עשויה להביא לפגיעה קשה בבני האדם שיחשפו למזון ושתייה מזוהמים.

 

"במחקר זה הראינו שאפילו ריכוזים מאוד נמוכים של מזהמים סביבתיים, שאינם רעילים לאדם, הופכים לכאלה כאשר הם ספוחים על המיקרופלסטיק. הסיבה לכך היא שהמיקרופלסטיק מהווה מעין מגנט למזהמים סביבתיים, מרכז אותם על גבו, 'מסיע' אותם דרך מערכת העיכול שלנו, ומשחרר אותם בצורה מרוכזת באזורים מסוימים, ובכך גורם לרעילות מוגברת", מסבירה ד"ר צוקר.

 

"הצלחנו להראות לראשונה 'מסלול חיים' שלם של המיקרופלסטיק, מרגע השחרור שלו לסביבה, דרך ספיחה של מזהמים סביבתיים ועד לרעילות מוגברת באדם", מוסיף הדוקטורנט אנדריי איתן רובין. "כמויות הפסולת המושלכות לאוקיינוס מדי שנה הן עצומות. הדוגמה המוכרת ביותר היא 'אי הפלסטיק' באוקיינוס השקט, ששטחו גדול פי 80 משטחה של מדינת ישראל. אבל לא מדובר רק בבעיה מרוחקת. נתונים מראים כי חופי ישראל הם בין המזוהמים ביותר בפסולת מיקרופלסטיק. לכל אחד מחלקיקי המיקרופלסטיק שמופרשים באזורים הללו יש פוטנציאל נזק אדיר, שכן הם משמשים כפלטפורמה יעילה ויציבה לכל מזהם שיזדמן בדרכן להגיע אל החי והצומח שנמצא אי שם ביבשה".

 

מימין לשמאל: ד"ר עמית קומאר-סארקאר, ד"ר אינס צוקר והדוקטורנט אנדריי איתן רובין

 

סכנה מוחשית ומיידית

"גילינו כי באופן מפתיע למדי, שיכולת הספיחה של חלקיק מיקרופלסטיק מחומצן (התצורה של המיקרופלסטיק לאחר שעבר בלייה סביבתית), גבוהה משמעותית מחלקיק שאינו מחומצן. לאחר הטעינה של המיקרופלסטיק במזהמים הסביבתיים באמצעות מזון ומים מזוהמים, החלקיק הטעון עשוי להגיע למערכת העיכול. שם הוא משחרר את הרעלים בסמיכות לתאים של מערכת העיכול, ובכך מגביר את הרעילות של חומרים אלו. זוהי תזכורת כואבת נוספת להשלכות החמורות של זיהום הסביבה הימית והיבשתית בפסולת תעשייתית מסוכנת, שלצערנו רוויה בפלסטיק בעשרות השנים האחרונות. הסכנות אינן תאורטיות אלא מוחשיות מאי-פעם. אמנם יש לכך מודעות רבה, אך הצעדים המניעתיים בשטח עוד רחוקים מלהטביע חותם משמעותי".

מחקר

06.02.2022
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב: הצלחנו לייצר חוט שדרה אנושי במעבדה

התקווה: תוך מספר שנים לאפשר לבני אדם משותקים לחזור לתפקוד

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • רפואה ומדעי החיים

 

האם היום שבו אנשים משותקים יוכלו לעמוד על רגליהם ולצעוד מחדש קרוב משחשבנו? בפעם הראשונה בעולם חוקרים ממרכז סגול לביוטכנולוגיה רגנרטיבית באוניברסיטת תל אביב הצליחו להנדס חוט שדרה אנושי תלת ממדי ולהשתיל אותו בחיות מודל שסבלו משיתוק כרוני. התוצאות מרשימות ביותר: כ-80% מהעכברים המושתלים חזרו ללכת. כעת החוקרים נערכים לקראת השלב הבא של המחקר - ניסויים קליניים בבני אדם. המטרה להצליח תוך מספר שנים לייצר חוט שדרה אנושי שיאפשר לאנשים משותקים לחזור ולעמוד על הרגליים.

 

פריצת הדרך העולמית במחקר נערכה בהובלת קבוצת המחקר של פרופ' טל דביר ממרכז סגול לביוטכנולוגיה רגנרטיבית, בית ספר למחקר ביו-רפואי ולחקר הסרטן ע"ש שמוניס והמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב. צוות המעבדה של פרופ' דביר כולל את הדוקטורנטית ליאור ורטהיים ואת החוקרים ד"ר ראובן אדרי וד"ר יונה גולדשמיט. למחקר סייעו, בין השאר, פרופ' עירית גת-ויקס, גם מבית ספר למחקר ביו-רפואי ולחקר הסרטן ע"ש שמוניס, ופרופ' יניב אסף מבית הספר סגול למדעי המוח, וד"ר אנג'לה רובן מבית הספר למקצועות הבריאות ע"ש שטייר, כולם מאוניברסיטת תל אביב. תוצאות המחקר מתפרסמות היום בכתב העת היוקרתי Advanced Science.

 

צוות המחקר מימין לשמאל: ליאור ורטהיים, פרופ' טל דביר וד"ר יונה גולדשמיט (צילום: מרכז סגול לביוטכנולוגיה רגנרטיבית)

 

"הטכנולוגיה מתבססת על לקיחת ביופסיה קטנה של רקמת שומן ביטני מהמטופל", מסביר פרופ' דביר. "כמו כל רקמה בגוף שלנו, הרקמה הזאת מורכבת מהתאים ומהחומר החוץ-תאי, כמו קולגן וסוכרים. הפרדנו את התאים מהחומר החוץ-תאי, ובהנדסה גנטית החזרנו את התאים למצב הדומה לתאי גזע עובריים – כלומר, תאים שיכולים לאחר הכוונה מדויקת להפוך לכל סוגי התאים בגוף. במקביל, ייצרנו מהחומר החוץ-תאי ג'ל מותאם אישית לחולה, על מנת שלא לעורר תגובה חיסונית ודחייה של השתל לאחר ההשתלה. את תאי הגזע הכנסנו לתוך הג'ל, ובתהליך המחקה את ההתפתחות העוברית של חוט שדרה הפכנו את התאים לשתלים תלת-ממדיים של רשתות עיצביות המכילות תאי עצב מוטוריים".

 

 צלחות פטרי עם תרביות רקמה (צילום: מרכז סגול לביוטכנולוגיה רגנרטיבית)

 

רשת נוירונים (צילום: מרכז סגול לביוטכנולוגיה רגנרטיבית)

 

תהליך שיקומי מהיר בחיות המודל

את שתלי חוטי השדרה האנושיים השתילו פרופ' דביר וצוותו בחיות מודל שסבלו משיתוק. החיות נחלקו לשתי קבוצות: חיות מודל שסובלות משיתוק זמן יחסית קצר (המודל האקוטי) וחיות מודל שסובלות משיתוק ממושך, זמן המקביל לשנה שלמה בחיי אדם (המודל הכרוני). לאחר ההשתלה, 100% מהעכברים שסבלו משיתוק אקוטי ו-80% מהעכברים שסבלו משיתוק כרוני שבו ללכת.

 

"החיות עברו תהליך שיקומי מהיר, שבסופו הן הלכו יפה מאוד", מספר פרופ' דביר, "זאת הפעם הראשונה בעולם שבה רקמות מהונדסות מתאים וחומרים אנושיים המושתלות בחיות מודל משתקמות משיתוק כרוני, שהוא למעשה המודל הרלוונטי ביותר לטיפול בבני אדם משותקים. בעצם השתלנו חוטי שדרה אנושיים לחלוטין בעכברים, כאשר השאיפה שלנו היא כמובן להשתיל שתלים אנושיים בבני אדם. צריך להבין שיש בעולם מיליוני אנשים משותקים כתוצאה מפגיעות בחוט השדרה – ואין להם שום טיפול קיים. אותם אנשים אשר נפצעו בגיל צעיר מאוד, יאלצו עד יומם האחרון לשבת בכיסא גלגלים, עם כל העלויות הבריאותיות, החברתיות והכלכליות של שיתוק. המטרה שלנו היא לייצר שתלי חוט שדרה מותאמים אישית לכל משותק ומשותקת, להשתיל אותם, ולגרום לשיקום הרקמה הפגועה ללא חשש מדחייה".

 

על בסיס הטכנולוגיה המהפכנית להנדסת איברים שפותחה במעבדה, הוקמה ב-2019 חברת מטריסלף (matricelf.com), שכבר מייצרת את שתלי חוטי השדרה האנושיים ועתידה להשתילם במשותקים.

 

פרופ' דביר, ראש מרכז סגול לביוטכנולוגיה רגנרטיבית, מסכם: "אנחנו שואפים להגיע לניסויים קליניים בבני אדם בתוך מספר שנים, במטרה להעמיד את אותם אנשים על הרגליים. התוכנית הפרה-קלינית של החברה כבר נידונה עם ה-FDA. מאחר שמדובר בטכנולוגיה מתקדמת ברפואה רגנרטיבית, ומאחר שלמטופלים המשותקים אין כיום חלופה טיפולית, ישנו סיכוי סביר כי הטכנולוגיה תאושר יחסית במהירות".

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש
שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>