האם במסגרת האופציות האלו אפשר ממש להתערב לנו בגנטיקה שבתוך המוח ולשנות לנו את תוכנת ההפעלה? ויותר חשוב מזה למה שנרצה לעשות את זה?
במילים פשוטות אוֹפְּטוֹגֶנְטִיקָה, היא טכניקת מחקר (דגש על המחקר) חדשנית ומהפכנית שמשלבת יכולות של הפעלת תאי העצב במוח באמצעות אור בלי שאף אחד ימות. (זה עדין רחוק מלהתרחש בבני אדם, ונוסה רק על עכברים) אבל ב-2005 הגילוי המרעיש הזה היכה גלים לאורכו ולרוחבו של התחום.
למה המוח הוא האיבר הכי קשה לפיצוח?
לא סתם חקר המוח הוא תחום כ"כ מסובך שרב בו הנסתר על הגלוי. בניגוד לאיבר כמו הלב, שניתן להוציא מהגוף ולחקור את המנגנון בשלמותו, אין אפשרות אמיתית לנסר את הגולגלת הקשה, להוציא החוצה את פקעת החוטים הסבוכה של המוח, לפרוש אותה כמפה ופשוט להעתיק ממנה את מפת החיווט הדינמית והתזזיתית שיוצרת ההתנהגות של אדם חי וקיים.
מה משותף לכל חוקרי המוח?
מהימים של רמוני קאחל שפשוט צייר ידנית את מה שראה דרך המיקרוסקופ ועד לשיטות יותר מתוחכמות כמו EEG ו-MRI
לכל חוקרי המוח מאז ומעולם, ישנה מטרה משותפת אחת.
השאיפה האולטימטיבית היא להבין ברמה הפיזית והתפעולית, מה עושה כל נוירון ונוירון במוח. החלום הוא להיות ממש כמו חשמלאי שניצב מול ארון המתגים בעת הפסקת חשמל, ויודע לתקן ולהחליף את מה ששרוף ומקולקל.
מה הן השיטות הקיימות ומה הבעיות שלהן?
אחת הדרכים היעילות ללמוד מה התפקיד של כל תא וכל אזור במוח היא על ידי השתקה או הפעלה שלו, ובחינת התוצאות. אם יש משימה שהמוח לא מסוגל לבצע כשתא עצב מסוים מושתק, כנראה שאותו תא עצב הוא חלק חשוב באותה משימה, וככה אפשר ללמוד על מאזן הכוחות במוח.
עד לאחרונה הדרך לעשות את זה הייתה באמצעות החדרת אלקטרודות למוח והזרמת זרם חשמלי. הבעיה היא שהפולס החשמלי משפיע על כל כך הרבה תאים בכל כך הרבה צורות, שאי אפשר ממש לשלוט בתגובה ברמה מדויקת .
מצד שני, הקושי הזה פלוס החתירה הבלתי נלאית להבנה מלאה, הם למעשה הקטר המניע שעסוק בחיפוש תמידי אחרי טכניקות חדשות ומדויקות יותר שיעזרו לחוקרים לפענח את המסתורין.
מה גרם לאופטיגנטיקה להיוולד? מהיכן נלקחה ההשראה שהדליקה את האור?
הקרדיט מגיע לבוטנאי רוסי מהמאה ה-19 בשם אַנְדְּרֵי פִינְזֶן, שכבר לפני 150 שנה חקר את מנגנון ההישרדות של אצות ירוקות.
בגלל שהאצות נמצאות מתחת לפני המים ובתוך צמחייה סבוכה, הן כמעט ואינן חשופות לשמש.
יום אחד, באחת מתצפיותיו הרבות, הוא הבחין שהאצות מבצעות תזוזות של שחיה (אומנם עדינות, אך בהחלט נראות לעין) לכיוון קרני השמש גם כשלא היה כל סימן לרוח. נרעש מהזיהוי של תנועה ממשית מהצל אל האור, הוא מיהר לשים את האצה בצלחת פטרי מתחת למיקרוסקופ וגילה להפתעתו שלאצות האלו יש גן מולד הרגיש לאור שגורם להן ממש לזוז.
הגן נקרא צָ'אנֶלרוֹדאוֹפְּסִין (מלשון צ'אנל=ערוץ) ויש לו תפקיד ייחודי. תפקידו הוא ל"חפש" את קרני האור הכחול שמגיעות מהשמש ולתרגם אותן לאנרגיה חשמלית שבתמורה תיתן לאצה את היכולת לשחות לכיוון האור. מכיוון שכל צמח זקוק לאור שמש כדי להתקיים, הגן הזה משפר מאד את היכולת והסיכויים של האצה הזו לשרוד.
הסֶרֶנְדִּיפִּיטִּיות של פרופסור דייסרות' ואיזה חיבור לא צפוי הוא החליט לעשות?
האוֹפְּטוֹגֶנְטִיקָה נוצרה כאשר חוקר מוח אמריקאי, בשם קַארְל דַּיְיסֶרוֹתְ', מחליט לעשות ניסוי שעד אותו רגע היה נראה חסר סיכוי. בניסוי שלו בסטנפורד ב-2005, הוא מפגיש לראשונה בין שני תחומים שנחקרו לגמריי בנפרד, למטרות אחרות לחלוטין ובאוניברסיטאות שונות בארה"ב.
קבוצה אחת של ביולוגים בסן פרנסיסקו, חקרה אצות וחיידקים בעלי אותו גן אופטי מיוחד (הצ'אנלרודאופסין), אבל בלי מחשבה
על תאי מוח בכלל. והשנייה התעסקה בהנדסה גנטית למטרות של השבחה חקלאית והתאמנה בכלל על השתלת גנים מלאכותיים בכל מיני ווירוסים.
פרופ' דַּיְיסֶרוֹתְ' (אז עדיין לא פרופסור) מחליט לקחת את המסקנות הקיימות משני התחומים האלה צעד אחד נועז קדימה והיה הראשון שהשתיל את הגן האופטי המדובר לתוך תאי המוח של עכבר חי.
המטרה: להפוך את תאי המוח של העכבר ל"סופר-נוירונים שרגישים לאור" ולהצליח להפעיל אותם באופן ממוקד ויזום ע"י הדלקת סיב אופטי דקיק וכחול שמוחדר לגולגולת.
אם הכל יתרחש כמתוכנן, כמה שניות לאחר שהאור הכחול בתוך המוח של העכבר יהבהב, העכבר יעצור וילקק בפתאומיות את הרגל שלו, (כי הופעל אצלו הנוירון שרגיש לכאב) וכשיכבה האור הוא ימשיך להתנהג כרגיל ללא פגיעה מערכתית או תופעות לוואי.
איך זה עובד בפועל? ואיזה שליטה שלא הייתה קיימת עד עכשיו הושגה?
ההשערה של דייסרות' התגלתה כנכונה, ההשתלה עברה בהצלחה ולראשונה הושגה שליטה ידנית במוח חי עם מעין "מתג קסם חשמלי" שמכבה ומדליק תאי עצב לפי בחירה.
באורח ממוזל, הוא הוכיח הלכה למעשה שניתן בעזרת הנדסה גנטית ל"השתיל לנוירונים שבמוח עיניים רגישות לאור" ולגרום להם "לפעול או לחדול" באמצעות חשיפה לאור בלבד.
החשיפה הזו יוצרת התנהגות שוות ערך לזו שהייתה מתקבלת אם היו מופעלים הנוירונים באופן טבעי. כך ניתן להביא באופן מלאכותי
את המוח לידי תנועה, חוויה חושית, זיכרון, חיזוק חיובי וכדומה ולבדוק מה במנגנון עובד ומה מקולקל.
לשיטה הזו יש שני יתרונות ענקיים שכל חוקרי המוח כמהים אליהם, היא מאפשרת לעשות את המניפולציה בזמן אמת, במוח של יצור חי (ולא בצלחת פטרי) ובנוסף היא מאפשרת לתת את הפקודה בצורה ממוקדת רק לתאי עצב נבחרים, (אפילו כאלה שנמצאים אחד ליד השני) מבלי להרים את כל המוח על הרגלים .
האם הטכנולוגיה הזו כבר ממש זמינה לשימוש בבני אדם? והאם יש מקום לאופטימיות?
כרגע בטכניקה הזו משתמשים רק בחיות בלבד ורק לרגל מחקר. מכיוון שהגן האופטי כרוך בהכנסת וירוסים למוח פעיל, לא ממהרים לסכן מוח של אדם חי. רוב הניסויים מתבצעים אם כן בעכברים שהמנגנון המוחי שלהם מספיק דומה לזה של האדם על מנת לקדם את ההבנה של החוקרים ולהזניק אותה קדימה.
יש הרבה מקום לאופטימיות וזה לא פלא שפרופ' דייסרות' בנוסף להיותו חוקר מוח שמחפש פתרונות טכנולוגים במעבדה משמש גם כפסיכיאטר פעיל.
מתוקף עבודתו הוא נפגש על בסיס קבוע עם סוג המטופלים הקשה ביותר, כזה שמצבו אינו משתפר באמצעות תרופות (כמו חולים בדיכאון קליני ואוטיזם).
לדבריו, התסכול הגדול שלו, נובע מארגז כלים מאד מצומצם המורכב בתמצות משני סוגים (תרופות פסיכאטריות-כימיות או מתן פולסים חשמליים), בשני המקרים אפילו אם הטיפול עובד, החולה יסבול מהרבה מאד תופעות לוואי.
חלומו הרטוב של כל פסיכיאטר אם כן, היא היכולת לטרגט רק את "תאי המוח הבעייתיים", לכבות ולהפעיל אותם במינון המדויק. יכולת שכזו תשנה מקצה לקצה את אפשרויות הטיפול שפסיכיאטרים יוכלו בעתיד להציע למטופלים שלהם.
לינק לוידאו "הלא יאומן" של ניסוי בעכברים באמצעות אופטוגנטיקה >>
בוידאו רואים כיצד "הדלקה מכוונת של נוירונים אופטים" שידוע שהם מעורבים ביצירת רעב, גורמת לעכבר לרצות לאכול דברים חסרי טעם וריח, שבמצב רגיל לא היה מכרסם.
בהסתכלות טיפולית על מחלת נפש קשה כמו אנורקסיה, יהיה ניתן בעתיד להפעיל את המנגנון שהחולה לא מצליח לתחזק לבד.
חשוב לציין: שהעכבר אינו מרגיש כאב, אלא מעין תגובת רפלקס, והסיב האופטי שמוחדר ניתן להסרה בלי פגיעה מתמשכת בחייו.