12/12
יסודות ביולוגיים
שיטות מחקר – המשך
שק' 49:
חסרון במחקר בבע"ח הוא שהמוח שלהם אינו זהה לשל בני אדם.
בשנים האחרונות התפתח שיטות שמאפשרות מחקר בבני אדם.
זה לא מייתר את המחקר בבע"ח כי מידת הדיוק בשיטות אלה היא נמוכה בשלב זה – רזולוציה נמוכה.
יש שיטות שמאפשרות מחקר של מבנה המוח, ויש שיטות שחוקרות תפקוד.
שיטות הדמיה – חקירת מבנה:
CT scan –
קרני רנטגן נבלעים ברקמות השונות, ומשמשים למעלה ממאה שנה לצילומי אברים, בעיקר עצמות. הפיתוח הטכנולוגי כאן הוא ביכולת להבדיל בין רקמות שההבדל בבליעה שלהם מאד קטן. הבליעה הדיפרנציאלית של קרני הרנטגן ברקמות השונות של המח היא שמאפשרת ליצור תמונה שלהם.
מכניסים את הנבדק לתוך שדה שבו בצד אחד יש מקור קרינה, וסביב הראש יש דטקטורים לקרינה מוחזרת, שמאפשרת לעשות רקונסטרוקציה של האזורים השונים.
בטכנולוגיו חדישות יותר מזיזים את הנבדק והמכונה סורקת חתכים חתכים, כך שאפשר לבנות תמונה תלת מימדית. (תחילה תמונה הוריזונטלית, ובהמשך חתכים לכיוון התחתון של הראש).
השיטה נפוצה מאד בבתי חולים, ובמעבדות מחקר.
חסרונות:
- רזולוציה – לא מאד טובה, לא רואים הבדלים קטנים.
- הקרינה משפיעה לרעה על התאים – קרינה מיננת, יכולה לגרום לשינויים במבנה הגנטי ובחשיפה גדולה אף לסרטן.
MRI
היתרון הגדול על CT הוא ברזולוציה, שהיא הרבה יותר טובה.
הטכנולוגיה עובדת על הרעיון של הכנסת הנבדק לשדה מגנטי חזק, בו אטומים מסוימים מקבלים ספין - תכונה של אטומים, לעניינו חשוב בעיקר המימן, שנמצא במים. בתנאים מסוימים הם יפלטו קרינה בגלי רדיו, שאותה אפשר לנטר על ידי דטקטורים שמקיפים את הראש מכל צדדיו, וכך ניתן להבחין ברקמות שונות, בעיקר מבחינת אחוז המים שנמצא בהם. (בחומר לבן יש פחות מים, בחומר אפור יותר וכו'...)
המכשירים הולכים ומשתכללים, בעיקר בהגדלת עוצמת המגנט.
יתרונות:
- לא מסכן את המח
- רזולוציה הרבה יותר טובה
השיטה הזאת לא נפוצה כי המכשירים מאד יקרים.
שיטות לחקירת פעילות של מוח – הדמיה פונקציונלית
השיטות מתבססות על כך שלאזורים פעילים במוח תגיע זרימת דם מרובה יותר (עם אספקת חמצן וגלוקוז שנחוצים לפעילות).
כלומר: אנחנו לא מסתכלים על פעילות הנוירונים עצמם אלא על המטבוליות שמתואמת עם הפעילות.
אספקת הדם לאזור מסוים גדלה כאשר כלי הדם באזור זה מתרחבים. קוטר כלי הדם מושפע משרירים חלקים שעוטפים את כלי הדם.
איך פעילות עצבית גורמת להרחבת כלי דם באופן מקומי?
ידועים כמה מנגנונים, יכול להיות שיש עוד.
- הצטברות של אשלגן בנוזל החוץ תאי (כתוצאה מפוטנציאל פעולה, בו אשלגן יוצא החוצה) גורם להרפיית השרירים החלקים שמקיפים את כלי הדם.
- כלי הדם מוקפים שתלוחות של אסטרוציטים, וכאשר הנוירונים מופעלים מופעלים גם האסטרוציטים – באמצעות כניסת סידן אליהם, וזה גורם להם לשחרר כל מיני חומרים, בינהם כאלה שמשפיעים על כלי הדם – למשל NO.
PET
מחדירים אל הגוף חומרים רדיואקטיביים שפולטים קרינה של חלקייקם בשם פוזיטרונים. החומר מתפשט עם הדם בין היתר אל המח, וכאשר פוזיטרון נפגש עם אלקטרון נפלטת קרינת גמא לשתי צדדים בבת אחת. זה מאפשר לדטקטור להבחין במיקום של האזור ממנו מגיעים הפוזיטרונים. מקום שיש בו יותר פוזיטרונים – (יותר דם) – תגיע ממנו יותר קרינה.
הדטקטורים מחוברים למחשב שמרכיב תמונה של המח בהתאם לפיזור של החומרים הרדיואקטיביים שכל רגע נתון.
באיזה חומרים רדיואקטיביים משתמשים באדם?
- חמצן רדיואקטיבי (מתחבר למימן ויוצר מולקולת מים)
- חומר שדומה לגלוקוז - 2 דאוקסי גלוקוז – עדיף.
חסרונות
- רזולוציה במרחב נמוכה – בודק אוכלוסיות גדולות של תאים (כדי להתגבר על זה משתמשים בpet יחד עם CT).
- רזולוציה בזמן נמוכה – צריך לחכות עד שה(גלוקוז) יגיע, ייספג בתאים – וזה לוקח עשרות שניות, קנה מידה עצום יחסית לפעילות של נוירונים.
- צורך בהחדרת חומרים רדיואקטיביים
- משתמשים בחומרים רדיואקטיביים שזמן מחצית החיים שלהם קצר – כך שהם מתפנים מהגוף מהר, ופולטים קרינה לזמן קצר. לשם כך צריך לייצר את החומרים הרדיאקטיביים במקום הבדיקה – וייצור חומרים רדיואקטיביים הוא מסובך ויקר, וגם מאפשר להתבונן בתהליכים קצרים בלבד.
יישום לדוגמא: משמש לאבחון מחלות – לבחור את ההתקשרות של ליגנדים שונים לרצפטורים (למשל: רצפטור לסרוטנין).
fMRI
המכשיר נראה כמו מכשיר MRI הראש נמצא בתוך שדה מגנטי וכו'.
המכשיר מאפשר לראות את מידת החמצון של הדם באזורים השונים של המוח.
חמצון – המוגלובין נמצא בכדוריות דם אדומות, וכשהחמצן מגיע אל הרקמה הוא מתחיל לצאת אליה. כאשר זה קורה בדם יש פחות חמצן, והוא לוקח איתו את הco2 שנוצר בפעילות האנרגטית של התא. כאשר כלי הדם מתרחבים יש יותר כדוריות דם אדומות עם יותר חמצן. ההמוגלובין פולט קרינה שונה בשדה מגנטי כאשר הוא קשור או לא קשור לחמצן. החיישנים מודדים את ההבדלים בין אזורים עם המוגלובין מחומצן (אזורים פעילים) ואזורים עם המוגלובים לא מחוצמן (אזורים לא פעילים).
מכאן יוצר המחשב קידוד וויזואלי של תמונת הפעילות במח.
יתרונות השיטה:
- לא מסכן את האנשים
- רזולוציה מרחבית טובה – סדר גודל של מילימטר ( – גדול ביחס לנויורנים – אלפיות מ"מ, אבל טוב יחסית)
- רזולוציה טובה בזמן – סדר גודל של שניות בודדות (שוב, גדול בקנה מידה של פ"פ – מילי שניות, אבל טוב יחסית)
- יחסית קל לביצוע
זו השיטה הסטנדרטית היום למחקר של המח באנשים חיים.
פיזיולוגיה של רצפטורים במערכות חוש
מערכות חושיות
אשליות אופטיות מדגימות שראיה איננה רק תהליך אופטי, רפלקטיבי – אור שמגיע לעיניים, אלא תהליך קוגנטיבי - אקטיבי, שמעורב בו ידע, ומוביל, בסופו של דבר לתפיסה משמעותית לגבינו.
המציאות היא הרבה יותר כוללנית ומורכבת ממה שאנחנו תופסים. התפיסה שלנו מוגבלת!
בזמן התפיסה אנחנו לוקחים אספקטים מוגבלים של המציאות, ואותם מעבדים.
למשל: יש סביבנו ספקטרום רחב של קרינה אלקטרומגנטית, כל מיני אורכי גל. גלים ארוכים – שידורי רדיו, טלוויזיה, רדאר. אנחנו מסוגלים לראות רק חלק מהספקטרום הזה. (והוא מהווה את הספקטרום של הצבעים שאנחנו רואים).
דוגמא נוספת: חוש הטעם שלנו מסוגל לחוש סוגים מאד מסויימים של מולקולות. לא כל המולקולות יוצרות תחושה של טעם! יש מגוון אינסופי של מבנים כימיים שלא יוצרים טעם. אנחנו טועמים את מה שחשוב – מלוח-נתרן, מתוק-אנרגיה, חמוץ-מקולקל, מר-רעלים.
התמרה חושנית
רב מה שאנחנו חשים הוא אנרגיה חיצונית (אור, מכנית של תנודות אויר, מכנית במגע), שפועלת על איברי החוש שלנו (עיניים, אוזניים, אור). יש גם מולקולות שאנחנו יכולים לחוש – בטעם או בריח.
כל האספקטים האלה צריכים לעבור תהליך באיבר החוש שמעביר את האינפורמציה הספיציפית לשפה שהמח מבין – שינויים חשמליים בפוטנציאל הממברנות.
לתהליך המעבר בין אנרגיה חיצונית ואינפורצמיה לגבי תבניות שונות של האנרגיה לשינויים חשמליים, קוראים התמרה transduction. לכל איבר חוש יש תאים מיוחדים שמסוגלים לשנות את הפוטניציאל החשמלי שלהם בהתאם. פוטנציאל רצפטור – שינוי בפוטנציאל החשלמלי של תא הרצפטור כתוצאה ממפגש עם אנרגיה ספציפית. תאי הרצפטור משחררים לסינפסה נוירוטרנסמיטור, שבסופו של דבר גורם לפ"פ לתאים הבאים בתור, ובסופו של דבר האנרגיה מגיעה למח בתורה של תבנית פוטנציאלי פעולה.
תאי הרצפטור עצמם בד"כ לא יוצרים פ"פ אלא משחררים נוירוטרנסמטור באופן רציף, במינון שמותאם לשינוי בפוטנציאל החשמלי בו.
