פרופ' אלון קורנגרין

ביופיזיקה של ניורונים וחישוביות עצבית

השאלה: חישוביות ברמת תא העצב הבודד

אנו חוקרים כמה מהשאלות הבסיסיות, שעדיין נותרו פתוחות, במדעי המוח: כיצד תאי עצב מעבדים מידע? מהו הקוד העצבי ברמה התאית? כיצד אינטגרציה סינפטית משפיעה על החישוביות העצבית? כיצד תאי עצב מתרגמים את פעילותם של הרכיבים המולקולריים שלהם לתהליכי חישוב?

הבנת החישוביות ברמת תא העצב הבודד היא מטרת העל של המעבדה שלנו. כדי לענות על שאלות אלו נחוצים מודלים חישוביים מהימנים. אולם רוב המודלים של תאי עצב נבנים באמצעות צמצום של נתוני מדידה עשירים ומגוונים למודל יחיד בעל התאמה מיטבית, וכך הם מסתירים דווקא את אי־הוודאות שאמורה להיות חלק בלתי נפרד מהמסקנות המדעיות.

מודלים של עירוריות עצבית ברמת מהימנות של מודל ייחוס

גישת המחקר שאנו מפתחים כיום מתמקדת בבניית מודלים חישוביים של עירוריות עצבית ברמת מהימנות של מודל ייחוס. מודלים אלה מתארים תעלות יונים תלויות־מתח ותאי עצב, תוך התחשבות מפורשת באי־הוודאות של המדידות ובהשפעתה על תחזיות המודל.

במקום להסתמך על מודל מייצג יחיד, אנו מתייחסים לנתונים הניסויים כאל בסיס להגדרת משפחה מוגבלת של מודלים אפשריים, ובוחנים אילו מסקנות מנגנוניות ניתן לבסס באמצעותה.

שיטות: אלקטרופיזיולוגיה בשיטת פאץ׳ קלאמפ וניתוח חישובי

לשם כך אנו משלבים אלקטרופיזיולוגיה בשיטת פאץ׳ קלאמפ, הן במערכות ביטוי הטרולוגיות והן בפרוסות מוח, עם כלים חישוביים. באמצעות ניתוח רגישות אנו מזהים את מקורות אי־הוודאות ואת השפעתם על המודל. את מבנה המודל ואת פרוטוקולי הניסוי אנו מתכננים בהתאם ליכולת לזהות את ערכי הפרמטרים מתוך הנתונים (parameter identifiability). נוסף על כך, אנו משתמשים באנסמבלים של פרמטרים המביאים בחשבון את המתאמים ביניהם.

יישמנו גישה זו על מודלים יסודיים של הפעילות החשמלית בתאי עצב, החל מהקינטיקה של תעלות יונים בודדות ועד ליצירת פוטנציאל פעולה.

לקראת מודלים תקניים ומהימנים של תעלות יונים

המטרה המיידית שלנו היא לפתח מערך של מודלים תקניים לתעלות יונים, המתועדים באופן פתוח, לצד מסגרת תאורטית לשילובם במודלים של עירוריות עצבית.

מאחר שתעלות יונים משפיעות זו על פעילותה של זו כאשר הן פועלות באותו קרום תא, לא תמיד ניתן לחזות את התנהגותן המשולבת מתוך תכונותיהן הנפרדות בלבד. פיתוח מודלים מהימנים של תעלות בודדות הוא אפוא שלב בדרך לבניית מודלים חישוביים אמינים של תאי עצב בקליפת המוח.