נוירוביולוגיה

ברוכים הבאים לחזית המדע: המקום שבו נבחנת הארכיטקטורה העצבית אל מול מוח המשתנה לאורך החיים. הפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר-אילן מתייחסת למוח האנושי לא כאל מעבד סטטי, אלא כאל רשת תקשורת חסינה ודינמית, המסתגלת ללא הרף ללחצי העידן המודרני. באמצעות שילוב של דימות מולקולרי ברזולוציה גבוהה, אלקטרופיזיולוגיה תאית ומודלים התנהגותיים תרגומיים (טרנסלציוניים), החוקרים שלנו מפענחים את מנגנוני פעולת המוח דרך שישה רובדי מחקר מובחנים:

• הארכיטקטורה של המוטיבציה: מיפוי האופן שבו מצבי צורך פיזיולוגיים פנימיים מקודדים כאותות עצביים רציפים, המגדירים את התשתית הנוירוביולוגית של התנהגות מוכוונת מטרה, קבלת החלטות ושליטה עצמית.

• נוירופסיכופרמקולוגיה ופלסטיות של רשתות עצביות: פענוח האופן שבו טראומה וסטרס כרוני מעצבים מחדש את מעגלי התגמול והתגובה ללחץ במוח, וחשיפת המנגנונים העומדים בבסיס התמכרויות, דיכאון ופוסט-טראומה (PSTD). אנו מתרגמים תובנות אלו לפיתוחים טיפוליים, לרבות תאי גזע שלייתיים מהונדסים לוויסות זיכרונות הקשורים בהתמכרות, טיפולים מבוססי מיקרוביום ל-PSTDותרפיות פפטידיות להתמכרות.

• השפה של המכונות המולקולריות: פענוח המבנה המרחבי ברזולוציה גבוהה של קולטנים על פני התא ושל מכלולים מקרו-מולקולריים בתנועה, כדי להבין כיצד אותות כימיים מדויקים מכתיבים החלטות תאיות במצבים של ניוון עצבי (נוירודגנרציה) והתפתחות גידולים (אונקוגנזה).

• הדיאלוג המתמשך של המוח:  חקר האופן שבו מערכת החיסון, ובפרט החיסון האדפטיבי, מעצבת את הזדקנות המוח ואת הירידה הקוגניטיבית. המחקר מתמקד במנגנונים נוירו-דלקתיים המניעים את מחלת האלצהיימר בגיל השלישי, וכן במנגנונים תאיים ומולקולריים שבאמצעותם העובר משפיע על ירידה קוגניטיבית אצל האם.

• החישוב התאי של החשיבה:  פיצוח הקוד החישובי הטבעי של המוח באמצעות שילוב של אלקטרופיזיולוגיה של פרוסות מוח חיות (Live brain slices) עם מודלים נומריים כמותיים מתקדמים, למעקב אחר האופן שבו הביופיזיקה של נוירון בודד והאינטגרציה הסינפטית משתבשות בליקויים בקליפת המוח (קורטקס).
• הביולוגיה המולקולרית של השינה:  שימוש בדימות בזמן אמת באורגניזמי מודל שקופים כדי להבהיר כיצד השינה מניעה תהליכי תחזוקה חיוניים בגרעין התא, ומפעילה דינמיקה של כרומוזומים לתיקון נזקי דנ"א שהצטברו בנוירונים במהלך השעות שבהן אנו ערים.

אנו מסתכלים מעבר למסלולים מבודדים כדי להבין את הדפוסים הכוללים של הסתגלות מערכתית, ומתרגמים נתונים נוירוביולוגיים מורכבים לתובנות חותכות ויישומיות עבור בריאות המוח לטווח ארוך ופיתוח טיפולים רפואיים חדשניים.

פרופ' אופטובסקי ירדן

• ביולוגיה מבנית - קריסטלוגרפיה של מאקרומולקולות
• תכנון ויצירת תרופות חדשות
• הכוונת אקסונים - מערכת האיתות Slit-Robo
• בסיס מולקולרי להתפתחות המוח האנושי

פרופ' אוקון איתן

המנגנונים דרכם מין ביולוגי והריון משפיעים על נוירואימונולוגיה ומחלות ניוון עצבי של הגיל המבוגר

כיצד מערכת החיסון משפיעה על האופן שבו אנו חושבים, זוכרים ומזדקנים? המוח לא פועל לבד. הוא נמצא בדיאלוג מתמיד עם מערכת החיסון, אשר שונה בין גברים לנשים, ושיח זה מעצב באופן עמוק את התפקוד הקוגניטיבי לאורך החיים ובמהלך מחלה.

תחום המחקר: המעבדה חוקרת כיצד מערכת החיסון בגופנו משפיעה על זיכרון, תהליכי הזדקנות ופגיעות להפרעות מוחיות כמו מחלת אלצהיימר ותסמונת דאון, וכיצד המין הביולוגי מווסת השפעות אלו. קו מחקר ייחודי בוחן כיצד היריון והתפתחות עוברית מותירים חותם מתמשך על גוף האם לרבות רקמת המוח האימהית. מחקר זה מראה כיצד אותות חיסוניים ולמעשה תאים עובריים, המועברים במהלך ההיריון, יכולים לעצב מחדש את תפקוד המוח ולהשפיע על קוגניציה שנים רבות לאחר מכן, ובכך לפתוח אפשרויות חדשות לעיכוב הופעת מחלות כגון אלצהיימר. המעבדה רואה מחלות מוח כתהליך מערכתי של הגוף כולו, המחבר בין מערכת החיסון, התפתחות והזדקנות.

שיטות: המעבדה עושה שימוש במגוון שיטות מתקדמות, ובהן ריצוף תאים, הדמיה מתקדמת של המוח כולו, הפרדות תאים, מודלים ייחודיים של עכברים טרנסגניים, שיטות באימונולוגיה וניסויים התנהגותיים.

תחביבים: ספורט, תזונה, מוזיקה וכל מה שביניהם.

פרופ' אפלבום ליאור

נוירוביולוגיה מולקולרית ותאית של שינה ומחלות התפתחויות של המוח

למה אנחנו וכל בעלי החיים מבלים שליש מחיינו בשינה? זו לא רק מנוחה למוח - זה חיוני לתחזוקה של התאים.

תחום המחקר: המעבדה שלנו חוקרת את המסתורין של השינה והפרעות עצביות-התפתחותיות. באמצעות מודל דג הזברה השקוף, גילינו שהשינה מגבירה את הדינמיקה של הכרומוזומים כדי לאפשר תחזוקה תאית ותיקון דנ"א בתאי עצב. אנו בוחנים כיצד תהליכים אלו התפתחו, ממדוזות ועד בני אדם, וכיצד שיבושם מוביל להפרעות כמו תסמונת ה-X השביר, אפילפסיה והפרעות שינה. לבסוף, אנו מפתחים טיפולים תרופתיים וגנטיים, הכוללים גם טיפול בתא לחץ.

תובנה מרכזית: השינה היא "המחיר של הערות", היא מהווה זמן חיוני הנדרש לתיקון נזקים תאיים שנצברו בזמן פעילות המוח, ובכך מבטיחה את בריאות תאי העצב לאורך זמן ואת וירידה בסיכוי לחלות במחלות ניווניות של המוח.

שיטות: הדמיה חיה בתלת-ממד (בעזרת מיקרוסקופ קונפוקלי ודו-פוטונית)  של מולקולה בודדת, ריצוף RNA  בתא בודד, עריכה גנטית בעזרת CRISPR, יצירת חיות טרנסגניות ומוטנטיות, מעקב התנהגותי ממוחשב, ניתוח נתונים של פעילות עצבית בכל המוח, פיתוח ושימוש בתאי לחץ.

תחביבים: ספורט, גלישה, סקי, צלילה, גיטרה, צילום טבע, וטיולים

פרופ' ידיד גל

נוירופסיכופרמקולוגיה ומחלות פסיכיאטריות

מדוע קשה כל כך לשחרר את המוח מהתמכרות, דיכאון, וטראומה? משום שמעגלים עצביים עוצמתיים של תגמול וסטרס משתנים ברמה הכימית וההתנהגותית, מה שמקשה על שבירת הרגלים מזיקים ועל הפרעות במצב הרוח.

תחום המחקר: המעבדה חוקרת את הוויסות הנוירוכימי והמולקולרי של מערכות מוליכים עצביים (נוירוטרנסמיטורים) מרכזיות במודלים של בעלי חיים למצבים פסיכיאטריים כגון התמכרות לסמים, דיכאון, והפרעת דחק פוסט-טראומטית (PTSD). אנו בוחנים כיצד אמינים ביוגניים (מוליכים עצביים), נוירופפטידים, והאינטראקציות ביניהם מעצבים את תפקוד המוח, ההתנהגות והתגובה לתרופות פסיכואקטיביות. מטרת המחקר לגלות מועמדים לתרופות נוגדות דיכאון בעלות פעולה מהירה, התערבויות חדשניות לטיפול בהתמכרויות וסמנים ביולוגיים (ביומארקרים) לפוסט-טראומה.

תובנה מרכזית: הבנת האופן שבו מערכות התגמול והסטרס מסתגלות במחלות פסיכיאטריות סוללת נתיבים לאסטרטגיות טיפוליות חדשות עבור התמכרויות, דיכאון והפרעות תלויות-טראומה.

שיטות מחקר: מודלים התנהגותיים בבעלי חיים · מיקרודיאליזה בחיים (In vivo microdialysis) · אנליזה נוירוכימית ומולקולרית · בדיקות גנטיות ופיזיולוגיות · מחקרי תגובה לתרופות פסיכואקטיביות · ביו-אנליזה מולטימודלית (רב-מערכתית).

פרופ' קורנגרין אלון

נוירופיזיולוגיה וחישוב מוחי

איך המוח מעבד מידע? נוירונים משלבים אותות חשמליים וביוכימיים כדי לבצע חישובים בסיסיים, שעומדים מאחורי תפיסה והתנהגו – והבנת הקוד הזה מגלה איך פועל המוח.

תחום המחקר: המעבדה חוקרת שאלות יסוד בתחום נוירופיזיולוגיה תאית וחישוב נוירוני: כיצד נוירונים בודדים מעבדים מידע, מהו הקוד הנוירוני ברמה התאית, ואיך אינטגרציה סינפטית מעצבת חישוב נוירוני. המחקר משלב אלקטרופיזיולוגיה של נוירונים בחתכים מוחיים חדים עם טכניקות חישוביות כדי לבנות מודלים מספריים ריאליסטיים של נוירונים קורטיקליים מורכבים. בין הפרויקטים ניתן למצוא מחקרים על ביופיזיקה של רגישות דנדריטית, מודליזציה של פיקים בסידן ודינמיקת תעלות תלויות‑מתח, ופיתוח כלים חישוביים שמגשרים בין ניסוי ותיאוריה.

תובנה מרכזית: פענוח האופן שבו נוירונים מחשבים ומשלבים אותות חיוני להבנת תפקוד המוח או כשלים בתפקודו.

שיטות: אלקטרופיזיולוגיה · נוירוביולוגיה חישובית · מודלים ביופיזיקליים · אופטימיזציה מתמטית · ניתוח רשתות עצביות · רישומים מפרוסות מוח אקוטיות · מחשוב עתיר ביצועים · התאמת מודלים בעזרת אלגוריתמים גנטיים

תחביבים: צילום

פרופ' שוחט-אופיר גלית

נוירוביולוגיה של מוטיבציה וקבלת החלטות

איך לא ממלאים עגלה בחטיפים כשקונים רעבים?  זו לא פילוסופיה — זו נוירוביולוגיה.

תחום המחקר: המעבדה חוקרת את המנגנונים העצביים שבאמצעותם מוטיבציה נבנית בהדרגה. אנו בוחנים כיצד מצבי צורך פיזיולוגיים, כמו רעב, צמא ודחף מיני, מיוצגים במוח כאותות רציפים, הקובעים מתי, באיזו עוצמה ולכמה זמן מתבצעות התנהגויות מכוונות מטרה. המחקר שופך אור על אזורי ה"ביניים" של המוטיבציה, שבהם תגובות התנהגותיות אינן חד-משמעיות אלא מדורגות.

תובנה מרכזית: מוטיבציה מעצבת החלטות ושליטה עצמית; הבנתה מסייעת להסביר מצבים שבהם נוצר פער בין צורך להתנהגות, כמו בהתמכרות ובהפרעות אכילה.

שיטות: גנטיקה מולקולרית · CRISPR · ריצוף RNA ברמת תא בודד · אופטוגנטיקה · מחקר התנהגותי · מיקרוסקופיה קונפוקלית · שיטות ביוכימיות

תחביבים: צילום ובניית טרריומים

פרופ' (אמריטוס) ברודי חיה

• תאי גזע סרטניים מגידולי מוח כמודלים ללימוד מנגנוני מחלה ולסריקת תרופות וטיפולים תאיים
• תרביות הומניות תלת מימדיות - מודלים של מחלות נדירות במערכת העצבים ומחלות ניוון שרירים
• אקסוזומים בתקשורת בין תאית ובהעברת תרופות במחלות עצב, שריר וגידולי מוח
• מולקולות RNA שאינן מקודדות בסרטן ומחלות ניווניות
• מסלולי מעברי סיגנל ייחודיים בגידולי מוח ומחלות ניווניות