פרופסור שי שהם, פרופסור איתן קימל והדוקטורנט מיכאל (מישה) פלקסין ממכון ראסל ברי למחקר ננו טכנולוגי והפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון, בחנו את היכולת של מודל תיאורטי לנבא את התוצאות של ניסויים המבוססים על גירוי של המוח באמצעות אולטרסאונד.
כבר שנים רבות שחוקרי המוח והעוסקים בטיפול במוח מנסים למצוא שיטה שבה יוכלו להשפיע על אזורים מוחיים באמצעים לא פולשניים. לאור זאת, ניתן להבין את ההתלהבות הרבה שאחזה בקהילה המדעית עת פרסמו פרופסור קימל ומר פלקסין את ממצאיהם המרתקים.
פריצת הדרך הגלומה במחקר
בשנים האחרונות הצליחו מספר קבוצות מחקר ממדינות שונות בעולם להוכיח כי ניתן לגרום לפעילות חשמלית בתאי מערכת העצבים המרכזית על ידי שימוש באלומות אולטרסאונד בעצמה לא גבוהה. אמנם ההצלחות של קבוצות המחקר השונות הראו כי הדבר אפשרי, אך עד לאחרונה המנגנון שבו פועלת השיטה נותר לא ברור. במחקר החדש שנערך בטכניון הישראלי, שממצאיו פורסמו בכתב העת היוקרתי Physical Review X, ניתן למצוא הסבר לתופעה.
ממצאי המחקר
החוקרים דיווחו כי המחקר הנוכחי מתבסס למעשה על מודל תיאורטי שפיתח פרופסור איתן קימל כבר לפני כשלוש שנים. מטרת המודל להסביר את ההשפעה של גלי האולטרסאונד על תאי הגוף באופן כללי. המודל התיאורטי התמקד בהשפעה של האולטרסאונד על הממברנה התאית. הממברנה היא למעשה הקרום החיצוני התוחם את התאים בגופנו.
המולקולות המרכיבות את הממברנה מסודרות בצורה של זוג שכבות שביניהן ישנו רווח מסוים. לפי המודל התיאורטי שפיתח פרופסור קימל, כאשר מכוונים אלומת אולטרסאונד לתא חי, השכבות של הממברנה נמתחות, מתרחקות זו מזו ומתחילות לרטוט. במחקר הנוכחי שהתפרסם לאחרונה, בחנו החוקרים את הפעילות החשמלית של הממברנה במהלך הזמן שבו הממברנה רוטטת.
תוצאות המחקר הראו כי בזמן שהממברנה רוטטת כתוצאה מגירוי של אלומת אולטרסאונד, התנועה של המטען החשמלי מייצרת זרם חלופי, שמוביל בצורה עקיפה להצטברות של מטען חשמלי. ככל שמשך הרטט ארוך יותר, כך יותר מטען חשמלי נצבר בממברנה ובסופו של דבר המטען מספיק ליצירה של פוטנציאל פעולה, הגורם לעירור של תאי עצב.
ההשלכות היישומיות של ממצאי המחקר
תאי העצב במוח (הנוירונים) מתקשרים אלה עם אלה באמצעות העברה של סיגנלים חשמליים. הסיגנלים החשמליים נקראים פוטנציאל פעולה ומהווים את הבסיס לתקשורת התאית בין תאי העצב. במחקר החדש נמצא כי ניתן באמצעות המודל התיאורטי שפותח לפני כשלוש שנים לנבא את ההשפעה של האולטרסאונד על הפעילות החשמלית בדיוק רב ביותר.
אמנם מדובר על מחקר חדשני ועד שניתן יהיה ליישם את המסקנות שלו, יעבור עוד זמן מה וזאת כיוון שיש לבצע עוד לא מעט מחקרים דומים, אך כבר עכשיו החוקרים בתחום סבורים כי הידע יגרום למהפכה בתחום חקר המוח והטיפול בבעיות של מערכת העצבים המרכזית. התקווה היא כי בעתיד ניתן יהיה לחקור את המבנים הפנימיים של המוח בדרכים לא פולשניות וכך להשלים את המידע המתקבל בבדיקת MRI.
בנוסף לכך, ייתכן כי באמצעות שימוש באולטרסאונד, ניתן יהיה לטפל באנשים הסובלים מבעיות נוירולוגיות כמו למשל פרכוסים אפילפטיים. נכון להיום פרופסור שהם כבר ביצע מספר ניסויים מרתקים בהם הצליח לגרות תאי רשתית באמצעות אולטרסאונד. באופן כזה ניתן יהיה אולי בעתיד לראות היטב גם בתנאי חושך מוחלטים.
לדברי החוקרים המחקר החדש מהווה רק את קצה הקרחון של תחום מחקרי חדש וכי התקווה הגדולה שלהם היא שבעתיד ניתן יהיה לממש את הידע הנרכש בנוגע לפוטנציאל הפעולה במגוון רחב של תחומים.
