ניורוביולוגיה

ארכיטקטורה עצבית, הסתגלות מערכתית, ותפקוד המוח

נוירוביולוגיה • ביולוגיה מבנית • נוירואימונולוגיה •  נוירופסיכופרמקולוגיה • נוירופיזיולוגיה • חקר השינה

בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר-אילן אנו מחברים בין מנגנונים מולקולריים לבין התנהגות מערכתית. המחקר שלנו בוחן כיצד המוח מעבד מידע, מסתגל למצבי דחק ושומר על בריאות התאים כדי להתמודד עם עולם תובעני ומשתנה.

נוירוביולוגיה קוגניטיבית: הארכיטקטורה של המוטיבציה

מדוע השליטה העצמית שלנו נעלמת דווקא כשאנחנו לחוצים, מותשים או מרוקנים ממשאבים?

המחקר שלנו חורג מהתבוננות בהתנהגות עצמה ומתמקד במנגנונים העצביים הקובעים כיצד מצבים פיזיולוגיים פנימיים – כמו רעב, צמא ודחף מיני – מיוצגים במוח כמשתנים רציפים. אותות פנימיים אלה מכתיבים את העיתוי, העוצמה ומשך הזמן של התנהגויות מכוונות מטרה, וממפים את "האזורים האפורים" המורכבים המעצבים את תהליכי קבלת ההחלטות. פענוח המנגנונים האלה חיוני להבנת מצבים קליניים שבהם נוצר נתק מסוכן בין צרכים לבין פעולות, ובהם התמכרות לסמים והפרעות אכילה.

ביולוגיה מבנית: איתות מקרומולקולרי

כיצד תא יחיד קולט אות כימי חולף ויודע בתוך רגע אם לגדול, לנוע או לפעול כדי לשרוד?

תהליכי החיים בכל הרמות תלויים במבנים מולקולריים מורכבים ובאופן שבו הם פועלים יחד. קולטנים על פני התא מתרגמים אותות כימיים חולפים להחלטות מיידיות הקובעות את גורל התא. אנו חוקרים את המנגנונים המדויקים של הפעלה תלוית-ליגנד במערכות המולקולריות האלו, תוך התמקדות בקולטני טירוזין קינאז (Receptor Tyrosine Kinases, RTKs) ובמסלולי האיתות שלהם דרך קרום התא. באמצעות קריסטלוגרפיה בקרני X ומיקרוסקופיית אלקטרונים קריוגנית של חלקיקים בודדים (single-particle cryo-Electron Microscopy, cryo-EM), אנו מפענחים את המבנה והדינמיקה של מכלולים מקרומולקולריים אלו. התובנות המבניות המתקבלות מאפשרות לנו להתמודד עם שאלות יסוד באיתות תאי, בניוון עצבי ובהתפתחות גידולים סרטניים.

נוירואימונולוגיה: הדיאלוג המערכתי של הקוגניציה

כיצד תגובה חיסונית מחוץ למוח יכולה לשנות לחלוטין את האופן שבו אנחנו חושבים, זוכרים ומזדקנים?

המוח אינו פועל במנותק משאר הגוף; הוא מקיים דיאלוג דו-כיווני מתמשך עם מערכת החיסון, המווסת באופן פעיל תהליכים של קוגניציה, הזדקנות וניוון עצבי. אנו חוקרים כיצד פעילות מערכת החיסון מווסתת מבנים הקשורים לזיכרון ומשפיעה על הפגיעוּת למצבים כמו מחלת אלצהיימר ותסמונת דאון, תוך בחינת המין הביולוגי כגורם משמעותי המשנה את פעילותה של מערכת הגנה זו. כיוון מרכזי נוסף במחקר שלנו עוסק בהשפעה הנוירו-התפתחותית של ההיריון ובוחן כיצד תקופת ההיריון משנה באופן מתמשך את המעגלים העצביים של האם ואת מסלולי התפקוד הקוגניטיבי שלה לאורך זמן.

נוירופסיכופרמקולוגיה: פלסטיות של מעגלים עצביים בטראומה

מדוע קשה כל כך להשתחרר מהשפעותיהן של התמכרות, דיכאון וטראומה?

כאשר זיכרונות הקשורים לדחק ולתגמול משבשים את ויסות ההתנהגות, מתרחשים שינויים מולקולריים המשנים את הפעילות הכימית במוח. המחקר שלנו מתמקד בשינויים הנוירוכימיים והמולקולריים המתרחשים במערכות מרכזיות של מוליכים עצביים בעקבות דחק כרוני והתמכרות. באמצעות מודלים תרגומיים בבעלי חיים אנו ממפים כיצד מעגלי התגמול והדחק במוח משתנים בתגובה למוליכים עצביים מסוג אמינים ביוגניים ולמולקולות תקשורת עצבית הנקראות נוירופפטידים. הבנת השינויים האלה עשויה לסייע בזיהוי סמנים ביולוגיים להפרעת דחק פוסט-טראומטית (PTSD) ובגילוי טיפולים חדשים ומהירי פעולה לדיכאון מג'ורי.

נוירופיזיולוגיה: חישוביות תאית וביופיזיקה

כיצד רשת צפופה של רקמה חיה מעבדת אלפי אותות מורכבים והופכת אותם לקוד עצבי קוהרנטי?

כדי להבין לעומק כיצד פועל המוח, עלינו לפענח את כללי החישוב והאינטגרציה הסינפטית של תאים בודדים ולגלות כיצד תכונות ביופיזיקליות מאפשרות לנוירון יחיד להפוך קלטים מורכבים לקוד עצבי קוהרנטי. אנו חוקרים כיצד נוירונים בודדים מעבדים מידע וכיצד תכונותיהם הפנימיות הייחודיות מעצבות את הקוד העצבי הרחב יותר. באמצעות שילוב של אלקטרופיזיולוגיה בשיטת whole-cell בפרוסות מוח ומודלים חישוביים, אנו מדמים נוירונים קורטיקליים מורכבים ועוקבים אחר אקסיטביליות דנדריטית והדינמיקה של תעלות יונים תלויות-מתח, ובכך מגשרים בין ניסויים ביולוגיים לבין תיאוריה כמותית.

חקר השינה ברמה המולקולרית: המחיר התאי של הערוּת

מדוע בני אדם ובעלי חיים מבלים כשליש מחייהם בשינה, אף שבמהלכה הם פגיעים יותר לסביבתם?

מצב ממושך של ניתוק מהסביבה הוא הכרח אבולוציוני להישרדותם של תאי העצב, ומעיד כי השינה אינה מנוחה פסיבית אלא תקופה פעילה ביותר, החיונית להסתגלות-נגד ברמה התאית. באמצעות דגי זברה שקופים, המאפשרים הדמיה של המוח בזמן אמת, גילינו כי השינה גורמת לעלייה דרמטית בדינמיקה של הכרומוזומים ומניעה תהליכים חיוניים של תיקון DNA ותחזוקת גרעין התא בנוירונים. אנו עוקבים אחר מנגנון אבולוציוני שמור זה מצורבים ועד יונקים, ובוחנים כיצד שיבושים בו תורמים לאפילפסיה ולהפרעות נוירו-התפתחותיות כגון תסמונת ה-X השביר (Fragile X Syndrome) . במקביל, אנו מפתחים טיפולים תרופתיים וטיפולים בתא לחץ במטרה לשמור על תפקוד המוח לאורך זמן.