לבצע סריקת MRI איננה דבר קל לכולם, הסורק מרעיש, לעיתים מעורר תחושות קלאוסטרופוביה והבדיקה נמשכת זמן רב. אז מה היה קורה אם היו מבקשים ממכם לישון לילה שלם בתוך סורק ה-MRI? זו בדיוק ההוראה שנתנו חוקרים מאוניברסיטת בוסטון לנחקרים במהלך מחקר, שהדגים בפעם הראשונה בצילום שגלים של נוזל CSF (נוזל מוחי-שדרתי- ע.ב.ח.) שוטפים את מוחנו במהלך הלילה תוך תיאום עם פעילות גלי המוח וזרימת הדם במוח.

המחקר פורסם בסוף אוקטובר השנה (שנת 2019) בכתב העת הנחשב Science, ובמהלכו 13 נבדקים בין גילאי 23 ל-33 התבקשו לישון בתוך סורק ה-MRI כשלראשם כובעי EEG (כובעים הבודקים פעילות חשמלית במוח). תוצאות המחקר הראו שניתן לזהות אדם ישן רק על פי פעילות ה-CSF במוחו, השונה מפעילות ה-CSF אצל אדם ער. כמו כן התברר שקודם כל מתרחש שינוי עצבי בגלי המוח, לאחר מכן מתרחשת זרימת דם במוח ולאחר מכן גל של CSF. אחד ההסברים האפשריים לכך הוא שכאשר הנוירונים מכובים, הם אינם זקוקים לחמצן רב, כך שדם עוזב את האזור. כאשר הדם עוזב, הלחץ במוח יורד ואז ה-CSF זורם פנימה במהירות על מנת לשמור על לחץ מוחי ברמה בטוחה.

כפי שהוזכר, זהו המחקר הראשון שצילם אי פעם CSF בזמן השינה. החוקרים מתכוונים לבצע מחקר נוסף, גדול יותר, הפעם על נבדקים מבוגרים יותר מהנבדקים במחקר הנוכחי. עצם החיבור של גלי המוח עם זרימת הדם ו-CSF עשוי לספק תובנות באמצעות מחקרי המשך לגבי ליקויים תקינים הקשורים להזדקנות המוח וגם לתובנות על מגוון הפרעות נוירולוגיות ופסיכולוגיות הקשורות לעיתים קרובות לדפוסי שינה משובשים, כולל אוטיזם ומחלת אלצהיימר.

 

קישור לתקציר המאמר- אתר sciencemag

כתבה על המחקר (אנגלית)

אתר MRI המדריך המלא-רפואה ופיזיקה נפגשות

בני האדם החיים כיום, שייכים למין של יונק שהוא תת-שבט במשפחת ההומינידיים בשם האדם הנבון המודרני (Homo sapiens sapiens). בתוך הענף הזה, כנראה בין השאר, היה גם את האדם הניאנדרטלי שנכחד ואת האדם הדניסובי.  האדם הדניסובי הינו אוכלוסיה שחיה לפני כ-190 אלף עד 40 אלף שנה בסיביר ובמזרח אסיה. הממצא הראשון הקשור אליו התגלה בשנת 2010  באמצעות מיפוי רצף הגנום משני שברי מאובנים – עצם של אצבע זרת ושיניים טוחנות – שנמצאו במערת דניסובה, בהרי אלטאי בסיביר. מעבר לעוד מאובן אחד הקשור לאדם הדניסובי (לסת תחתונה אשר נמצאה בשנת 2019 במערת באישיה ברמת טיבט), לא קיימים מאובנים נוספים. לאחרונה, פריצת דרך של קבוצת חוקרים מהמכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית, בהובלת פרופ’ לירן כרמל ופרופ’ ערן משורר עם שיתוף פעולה ספרדי, הצליחה לספק הצצה ראשונה לאנטומיה של אותה קבוצת אדם מסתורית. המחקר פורסם במגזין הנחשב Cell ואף הופיע בשער העיתון בשל חשיבותו.

החוקרים פיתחו שיטה שמאפשרת להבין אילו גנים עבדו בצורה שונה בדניסובים, בניאנדרתלים ובבני אדם מודרניים. במחקר החדש הם השתמשו בשיטה חדשה, שיכלול של שיטה קודמת, המאפשרת לקשור שינויים בפעולות הגנים להבדלים באנטומיה של קבוצות האדם השונות. באמצעות השיטה הם הצליחו לשחזר, בפעם הראשונה, לפי גנום האדם הדניסובי שנלקח מקצה זרתו, את הפרופיל האנטומי המלא שלו. השחזור שהתקבל הדגים את 56 התכונות האנטומיות של האדם הדניסובי והראה שבתכונות רבות הוא הזכיר את האדם הניאנדרתלי (כמו במצחו המשוך אחורה, פניו המאורכות והאגן הגדול שלו) אבל היו לו גם תכונות ייחודיות כמו קשת השיניים שלו, שהייתה ארוכה מאוד, וגולגולתו הרחבה באופן מיוחד.

היכולות של האסקימוסים והטיבטים כיום להסתגל לתנאי קור קשים ולחיים בגובה רב כנראה הגיעה מאותו DNA דניסובי, כך שאולי אוכלוסיה זו נכחדה, אך ה-DNA שלהם שוכן בתוכנו ולכן חשיבותו של מחקר זה והצורך לבצע מחקרים נוספים לגבי האדם הדניסובי.

 

קישור למאמר המדעי- אתר כתב העת Cell

קצת על האדם הדניסובי

 

מחלות לב הינן גורם התמותה השני בישראל. מידי שנה כ-30,000 ישראלים לוקים בהתקף לב וכ-7,000 מתים ממחלות לב. אחת ממחלות הלב נקראת אי-ספיקת לב, מחלה בה הלב, לרוב בשל בעיה בחדר השמאלי של הלב, מתקשה לספק את הדרישות המטבוליות של האיברים השונים בגוף – דבר הגורם לקוצר נשימה, עייפות ובצקת.

דימות הלב בעזרת MRI הוא תחום מתפתח אשר נחקר רבות בשנים האחרונות. מחקר גנטי חדש, אשר בוצע על-ידי חוקרים מאוניברסיטת קווין מרי שבלונדון בראשות ד”ר ניי אוונג ( (Dr Nay Aungופורסם בכתב העת Circulation, ביצע ל-17 אלף מתנדבים מיפוי גנטי ואז סרק את ליבם בעזרת MRI. הסריקות נותחו בעזרת תוכנת בינה מלאכותית (AI), כאשר התוכנה מיפתה במהירות ובדייקנות את ההבדלים בגודל ובתפקוד החדר השמאלי של הלב וזיהתה מספר איזורים בגנום האנושי שככל הנראה משפיעים על התכונות האלו.

מחקר זה מאפשר את הבסיס לזיהוי מוקדם של אנשים הנמצאים בסיכון לאי-ספיקת לב ואז פיתוח טיפולים מתאימים להם בזכות הבנת הגנטיקה שמאחורי גודל ותפקוד החדר השמאלי של הלב. בנוסף, מנקודת מבט טכנית, השימוש בתוכנת בינה מלאכותית ככלי מחקרי למעבר מהיר ומדוייק על אלפי תמונות MRI והסקת תוצאות הינו מרשים וחוסך זמן רב ועלויות. השיטה בה ביצעו את המחקר הנ”ל גם פותחת פתח למחקרים אחרים, אשר עושים שימוש ב-MRI ככלי מחקרי ונזקקים למעבר על תמונות רבות במהירות ובדייקנות.

 

קישור למאמר החוקרים- כתב העת Circulation

קצת על אי-ספיקת לב

על סריקת MRI לב וכלי דם (CVMRI)

אם נבקר בגן החיות, נראה שלרוב בעלי החוליות שם ישנו זנב, המהווה את קצה עמוד השדרה. זנב זה משמש למתן יציבות, גירוש זבובים, שחייה, אחיזה (כמו אצל הקופים), תעופה ואף להגנה. אצל בני האדם התנוון הזנב המקורי לכדי מה שנקרא “עצם הזנב” (Coccyx). הזנב עדיין נמצא אצל עוברים אנושיים בשבועות הראשונים לקיומם ואז מתנוון (ויש גם אנשים בעלי מוטציות גנטיות נדירות מאוד שהזנב נשאר אצלם, כמו צ’נדרה אורם ממערב בנגל שהתהדר בזנב בעל אורך של 33 סנטימטרים), אך מה היה קורה אם היו מלבישים על האדם זנב מלאכותי.

חוקרים מאוניברסיטת קיאו (Keio) ביפן ערכו תצפיות על זנבותיהן של סוסוני ים ויצרו זנב מלאכותי, אשר מורכב מארבעה שרירים מלאכותיים המונעים על-ידי אוויר דחוס, ונשלטים על-ידי מערכת פיקוח. הזנב עשוי מחוליות פלסטיק המאפשרות תנועה לכיוונים שונים תוך שמירה על איזון מכסימלי. המטרה של זנב זה הינה לשפר את שיווי המשקל של האדם הלובש אותו, לעזור בטיפוס, לסייע בהרמת משאות כבדים ועוד (ראו בסרטון בקישורים מטה את הזנב בפעולה).

המצאה זו מצטרפת לשלל המצאות אחרות, אשר מחקות מבנים של בעלי חיים בטבע (תחום מחקר אשר נקרא ביומימטיקה) ויכולה לשפר את יכולת התנועתיות ושיווי המשקל של מטופלים במצבי חולי שונים.

 

קישור לידיעה באנגלית על הפיתוח החדש

קישור לסרטון המסביר כיצד עובד הזנב המלאכותי

קצת על הביומימטיקה

תמונות מעבר העובר בתעלה ב-MRI- קרדיט לחוקרים

לידה היא תהליך טבעי ומדהים. במהלכה ראש העובר אמור לצאת מהרחם ולעבור בתעלת צוואר הרחם. תעלה זו עוברת תהליך של פתיחה ומחיקה תוך התכווצויות של שריר הרחם, כתוצאה מהפרשת הורמון האוקסיטוצין מבלוטת ההיפופיזה. כל ציר גורם לסיבי השריר להתקצר וכך מתקדם התינוק. במהלך הלידה ראש התינוק ואף מוחו מותאמים למעבר הצר, MRI עוברי הינה סריקה שמבוצעת כבר מספר שנים, אך הפעם, בפעם הראשונה, הצליחו חוקרים מצרפת להדגים את הדרך בה זה מתרחש בעזרתו של סורק MRI.

החוקרים, בראשותה של ד”ר אוליבר אמי (Olivier Ami) מאוניברסיטת קלרמונט-פראנד שבצרפת, הצליחו לקבל תמונות זמן-אמת מסורק MRI של חברת פיליפס בעת תהליך יציאתו של העובר מהרחם אל אויר העולם, והצליחו להדגים כיצד חלקי הגולגולת ומוחו של העובר מתאימים את עצמם על מנת שיוכלו לעבור בתעלה הצרה.

הם גילו שהמוח ממש נמחץ בתהליך הלידה והמטרה היתה לזהות את אותם עוברים נדירים שתהליך זה עלול לגרום להם לדימומים במוח, ואז לסבול מבעיות התפתחות כגון שיתוק מוחין ועוד. תוכנת הדמייה מתאימה יכולה לנטר מצב כזה ואז להתריע בצורך מידי בניתוח קיסרי.

התמונות עובדו לתמונות תלת-מימד ובהם אפשר לראות כיצד משנה הגולגולת את צורתה לצורת חרוט במהלך המעבר, צורה שחוזרת למצבה האפליפסי הרגיל לאחר הלידה.

 

קישור לכתבה על המאמר- אתר eurekalert

קישור למאמר- אתר Plos One

על MRI עוברי- אתר MRI המדריך המלא

לפני קצת יותר ממאה שנה, בשנת 1918, פרצה בעולם השפעת הספרדית. המחלה קטלה בין 50 ל-100 מיליון נפש ברחבי העולם בתוך כשנה! הנגיף גרם למוות עקב תגובת יתר קיצונית של מערכת החיסון (מה שמכונה ברפואה “סערת ציטוקינים”). בניגוד לשפעת רגילה, הפוגעת בעיקר בתינוקות, קשישים וחולים כרוניים, השפעת הספרדית גרמה למותם של אנשים צעירים וחזקים בתוך יום אחד לאחר שריאותיהם הוצפו בדם. כעת, פאנל מומחים בינלאומי (Global Preparedness Monitoring Board) פרסם אזהרה, שלמרות התקדמות הרפואה, העולם ניצב בפני מגיפה נוספת ושהממשלות אינן מתכוננות לכך כראוי.

המטרה איננה להפחיד אלא לדאוג לכך שהממשלות יתכוננו כראוי לתרחיש כזה. ממגיפת האיידס יותר מ-25 מיליון בני אדם מתו מהמחלה ב-30 השנים האחרונות וממגיפת האבולה, שהתפרצותה החלה בשנת 2014, נפטרו אלפי אנשים. כיום, אנשים טסים במטוסים לכל מקום, מה שיכול להביא להפצת פתוגן הנישא באוויר בתוך פחות מ-36 שעות ולהביא למותם של 50-80 מיליון אנשים, עם מחיקת כ-5% מהכלכלה העולמית בלי שמדענים יוכלו אפילו להגיב לעניין ביעילות ולסנתז תרופה או חיסון. במקרה כזה מערכות בריאות במדינות עניות יכולות לקרוס והנזק לכלכלה העולמית יכול להיות גבוה מאוד.

אזהרה זו מצטרפת לאזהרה האחרונה של ארגון הבריאות העולמי (WHO) כי מגיפה נוספת של שפעת, אשר נובעת מנגיפים הנישאים באוויר, אינה ניתנת למניעה וכי על העולם להיות מוכן לזאת. לכן חשיבות ההתחסנות השנה וגם חשיבות יכולת התגובה המהירה של הממשלות וארגוני הבריאות במקרים שכאלו.

 

כתבה על ההודעה- אתר globalnews

על השפעת הספרדית

 

שינה היא דבר חשוב לתפקודנו. זמן השינה בין אדם לאדם הוא שונה, אך ההמלצה היא כ-7-9 שעות שינה לאדם בוגר – פחות מכך וישנה עלייה בסיכון למחלות לב, דיכאון ולקיצור תוחלת החיים. כמו כן, ככל שמזדקנים, כך השינה מתקצרת ומלווה בפרקי ערות גדולים יותר. מחקר חדש שפורסם לאחרונה גילה מוטציה נוספת, המצטרפת למוטציה ראשונה שהתגלתה עוד בשנת 2009, אשר מאפשרת לאדם הנושא אותה לקצר את שנתו ל-6 שעות ואף פחות מכך, ועדיין להישאר פעיל ועירני.

בשנת 2009 גילה מחקר מוטציה בגן DEC2 אצל אם ובתה. גן זה מייצר חלבון אשר עוזר להתבטאות גנים אחרים, כולל גן המייצר את הורמון האורקסין (Orexin), הורמון המווסת את הערות שלנו. כעת, המחקר החדש גילה משפחה נוספת עם מוטציה בגן ADRB1 , אשר נמצאת אצל בערך 4 מתוך 100,000 אנשים, אשר גם כן מאפשרת לישון שעה פחות מהמומלץ ולתפקד באופן יעיל. גן זה מקודד חלבון רצפטור למוליך העצבי נוראדרנלין, וכשיצרו את המוטציה בגן זה אצל עכברים, התגלה שהיא משפיעה על פעילות תאי העצב בגזע המוח הפעילים במצב ערות וכנראה מגבירה את פעילותם ביחס לגן ללא המוטציה (וכך העכבר/האדם יכול לישון פחות שעות ועדיין לתפקד טוב).

מחקרי המשך על השפעת גן יכולים לעזור לשפר את הטיפול בהפרעות שינה ואפילו אולי לספק דרכים להבין טוב יותר את תהליך השינה.

 

המאמר על המחקר- אתר sciencedirect

קישור למידע על גן ADRB1

 

צמחים נראים לנו כאורגניזמים די פסיביים. הם אינם נעים בכוחות עצמם ונראים כלא מתקשרים עם הסביבה. מספר מחקרים אחרונים מגלים שלא בדיוק כך הדבר, כמו למשל מחקר חדש, אשר נעשה באוניברסיטת תל אביב בשיתוף פרופ’ לילך הדני, ד”ר יובל ספיר ופרופ’ יוסי יובל, אשר הוכיח שיש צמחים (או יותר נכון, הפרחים שלהם) שמסוגלים לשמוע.

במחקר נבדקה תגובתם של צמחי נר הלילה (Oenothera drummondii) להקלטות של צלילי כנפי דבורים ועשים. הצמח נקרא כך משום שפרחיו סגורים במשך היום ונפתחים בערב. כאשר הפרחים נפתחים, מגיעים רפרפים, לוגמים את הצוף בבסיס הפרחים וכך מאביקים אותם. החוקרים גילו כי קולות זמזום של משק כנפיים ליד הצמחים בתדר מסוים הובילו לעלייה מהירה של 20% בממוצע בריכוז הסוכר בצוף הפרחים, וזאת בהשוואה לריכוז הסוכר שנמדד בצמחים אשר נחשפו לצלילים גבוהים אחרים או שלא נחשפו לצלילים (מכאן שהתגובה היא תלוית תדר). כמו כן גילו החוקרים שהפרחים דמויי האפרכסת הם איבר השמע – כי כאשר עטפו את הפרחים והשמיעו קולות לצמח עצמו, לא חלה עלייה בריכוז הסוכר בצוף.

זהו המחקר הראשון אשר מוכיח שצמחים מסוגלים להגיב ביעילות ובמהירות לקולותיהם של מאביקים. אם הפרחים יכולים לשנות את ריכוז הסוכר שלהם בתגובה לרעשים חיצוניים, הם יכולים לחסוך במשאבי הסוכר שלהם והדבר משתלם אבולוציונית.  מחקרי המשך יכולים לבחון את היכולת של צמחים לשמוע ולהגיב גם לסוגי צלילים אחרים כמו מגע עם אוכלי עשב, אירועי אקלים ואולי גם קולות הנובעים מפעילות אנושית.

 

קישור לתקציר המאמר באנגלית- אתר biorxiv

קישור לכתבה על המחקר- אוניברסיטת תל-אביב

תמונת אסטרואיד- זכויות הצילום שמורות לנאסא

אנחנו חיים את חיינו באופן שוטף, קמים בבוקר, מתכננים תוכניות, מסיעים את הילדים לגן, אוטוטו בחירות, הצבא שומר על מדינת ישראל מפני אויבים מבחוץ – המדינה שרבים מטובי בחורינו נפלו על מנת להגן עליה. אך גם אם אנחנו חושבים שאנחנו שולטים בחיינו, הטבע מלמד אותנו לפעמים עד כמה הכל יכול להיות שברירי.

ב-25 ליולי השנה (שנת 2019) חלף אסטרואיד קטן, שמו 2019OK, כמאה מטרים אורכו, בסמוך לכדור-הארץ במרחק של כ-70 אלף ק״מ בלבד. אסטרואיד זה התגלה פחות מחודש לפני שהתקרב לכדור הארץ, ובמידה והוא לא היה עוקף את כדור הארץ והיה פוגע בו, סיכוי טוב שהיה פוגע לפנות בוקר באיזור בו נמצאת גם מדינת ישראל. פחות מחודש זהו הזמן שבו כל תושבי האיזור המשוער של הפגיעה צריכים להתפנות לאנשהו!

האסטרואיד התגלה על-ידי Brazilian SONEAR survey, כעת אמנם אינו מהווה סכנה, אך בהחלט ישנם עדיין עצמים קרובי ארץ אחרים שיכולים להוות סכנה בעתיד. בשנת 1908 התרחש אירוע טוּנְגּוּסְקָה, שבו, לפי הסברה, מטאוריט גרם לפיצוץ אדיר באגן נהר טונגוסקה הסלעי, בלב יער הטייגה בסיביר וגרם להרס סביבתי עצום. אירוע קרוב יותר התרחש לפני שש שנים, בשנת 2013, כאשר מטאור בקוטר 17 מטרים (מטאור צ’ליאבינסק), שלא זוהה על-ידי המכ”ם בשל בהירות השמש, נכנס לאטמוספירה מעל איזור רוסיה והתפוצץ תוך שהוא פוצע 1,500 אנשים, בעיקר מחלונות זכוכית שהתנפצו על-ידי גל ההלם.

חשוב לציין ולהרגיע שכמעט כל האסטרואידים מתגלים מוקדם, כפי למשל אסטרואיד בשם Apophis שאמור לחלוף ביום שישי, ה-13 באפריל, 2029 כ-30,000  קילומטרים מכדור הארץ.

מדענים משקיעים רבות בשכלול היכולת לאתר מוקדם עצמים היכולים לסכן את כדור הארץ, כי אז ניתן לשקול אפשרויות שונות, כמו הסטה של האסטרואיד ממסלולו (ולא פיצוץ שלו, כי אז הוא יתחלק להרבה סלעים קטנים יותר). כל אלו אמנם יכולים מעט להרגיע, אך עדיין עלינו לזכור שהטבע עדיין יותר חזק מאיתנו.

 

כתבה על אסטרואיד 2019OK- אתר ABC News

פגיעת המטאור ברוסיה בשנת 2003 והנזק שגרם

 

 

סריקת ה-fMRI, ראשי תיבות של Functional Magnetic Resonance Imaging (בעברית “דימות תהודה מגנטית תפקודי”), היא טכנולוגייה או שיטת דימות יחסית חדשה, אשר המצאתה הביאה למהפכה של ממש בעולם המחקר והפסיכיאטריה, ויש הטוענים כי הוא עתיד להיות אחת מטכנולוגיות המחקר המובילות בעשורים הבאים.

אז מה זה בעצם fMRI?

זהו בעצם סורק MRI בעל תוכנה מיוחדת המאפשרת לו לנטר את יכולת התפקוד של המוח. ה-fMRI משמש כיום לא רק למחקר, אלא גם לאבחון מחלות שונות כגון פיברומיאלגיה, לאיתור איזורי מוח ספצפיים לפני ניתוח ועוד. בפוסט להלן נסביר כיצד עובד ה-fMRI וגם נסביר את המחקר שהציג את תמונת דג הסלמון המת המפורסמת- בה ראו פעילות מוחית ב-fMRI במוח של דג מת (!?!).

 

כיצד עובד ה-fMRI? (כן, טיפונת פיזיקה וביולוגיה)

 

סריקת ה-fMRI, אשר הוצגה לראשונה בשנת 1990, נועדה על מנת לאתר איזורים אשר מופעלים במוח כתוצאה מביצוע משימות או כתוצאה מגירוי חושי- למשל נגיעה באף או כיווץ של שריר מבטאים את עצמם במוח, וה-fMRI נועד לזהות את האיזור המופעל במוח בתגובה לכך.

בשנת 1913, מנתח מוח בשם וילדר פינפילד (Wilder Penfield) הגיש את עבודת הדוקטורט שלו באוניברסיטת פרינסטון, ובה הוא הציג את ההומונקולוס, תמונת האדם הקטן אשר משורטטת בתוך המוח. תמונה זו משמשת כאילוסטרציה של גוף האדם במוח, ואת איברי הגוף השונים כפי שמשתקפים בעיבוד המידע העצבי בקליפת המוח (תוך הגדלת איזורי הידיים, השפתיים והלשון כיוון שהם זוכים ליותר מקום עיבוד במוח). ה-fMRI מאפשר בעצם לאשש את המחקר הזה, אבל בדרך שאיננה פולשנית.

כיצד הוא עושה זאת?

על מנת לתפקד, זקוקים תאי גופנו לאספקת חמצן וחומרי תזונה באופן תמידי, חומרים המועברים אליהם באמצעות כלי הדם בגופנו. יש בגופנו איברים כמו הכבד ושרירי הגוף, אשר יודעים לאגור חומרי תזונה (בדמות גליקוגן- Glycogen) וחמצן (בדמות מיוגלובין- Myoglobin). מחסנים אלו נועדו לספק יותר חמצן וגלוקוז מהיכולת של כלי הדם לספק, זאת על מנת לעמוד בדרישות. למוח אין מחסנים כאלו ולכן הוא מתבסס אך ורק על אספקת הדם לשם חמצן ומוצרי תזונה. כלי הדם במוח (וכמובן גם בגוף), הם בעלי יכולת להתרחב בקוטרם כתגובה לשינויים ביוכימיים מסוימים וכך, במידת הצורך, הם יודעים לספק יותר חמצן וגלוקוז לתאים ברקמות – במקרה של המוח- לתאי הנוירונים.

סורק ה-MRI מסוגל למדוד באופן לא ישיר את פעילות הנוירונים בהתבסס על פעילות כלי הדם האזורית כאשר הוא מתבסס על הבדלי ההשפעות שיוצר סיגנל התהודה המגנטית של המוגלובין מחומצן (Oxyhemoglobin) אל מול סיגנל התהודה המגנטית של המוגלובין לא מחומצן (deoxyhemoglobin).

 

 

על מנת שנוכל להבין טוב יותר את השוני בסיגנל, נקדיש כמה מילים על מנת לתאר את חלבון ההמוגלובין (Hemoglobin).

ההמוגלובין הוא חלבון השייך למשפחת חלבונים שנקראת מטאלופרוטאינים (Metalloprotein- חלבון המעיל יון מתכת), כאשר תפקידו העיקרי הוא נשיאת חמצן אל תאי הגוף במערכת הדם. השם “המוגלובין” מכיל בתוכו את שני המבנים המרכיבים אותו- קבוצת “הם” (Heme), מולקולה לא-חלבונית המורכבת ממבנה טבעתי שבמרכזו אטום ברזל המוקף בארבעה אטומי חנקן, וחלבון הגלובין (Globin protein), חלבון שבתוכו משובצת מוליקולת ה”הם” בקשר קוולנטי. מוליקולת ההמוגלובין כולה מורכבת מארבעה תת-יחידות, שהם בעצם יחידות גלובין הקשורות האחת לשנייה, ומארבע קבוצות “הם” המצויות בתוך חלבוני הגלובין. כל קבוצת “הם” יכולה לקשור מולקולת חמצן אחת, ולכן מולקולת המוגולבין אחת בעלת פוטנציאל קשירה של עד ארבע מולקולות חמצן.

האוקסיהמוגלובין (oxyhemoglobin) הוא המוגלובין מחומצן אשר נראה כחומר אדום-בהיר הנוצר כאשר המוגלובין בתאי דם אדומים מתחבר עם חמצן. זו הצורה בה החמצן מועבר אל הרקמות, שם הוא משתחרר.  דאוקסיהמוגלובין (Deoxyhemoglobin) הוא המוגלובין לא מחומצן, ללא אטומי חמצן, ובשל כך הוא בעל צבע כחול סגלגל.

איך מצליח סורק ה-MRI להבדיל בסיגנל השונה של המוגלובין מחומצן להמוגלובין לא מחומצן?

סיגנל התהודה המגנטית מושפע באופן משמעותי על ידי מספר האלקטרונים המזווגים (Paired electrons, שני אלקטרונים שנמצאים באותו האורביטל אבל יש להם ספינים מנוגדים) ומספר האלקטרונים הלא-מזווגים (unpaired electrons, אלקטרון שנמצא לבד באורטיבל, מסיבה הזו האטום או המוליקולה תגובתיים יותר לריאקציות כימיות).

אלקטרונים מזווגים הם אלקטרונים שאין להם אפקט מגנטי (מה שקרוי Diamagnetic) ולכן הם לא משפיעים על סיגנל התהודה המגנטית המקומי, בעוד שאלקטרונים לא מזווגים מתמגנטים (מה שקרוי Paramagnetic), ולכן הם מסוגלים להשפיע על סיגנל התהודה המגנטית המקומי, ובריכוזים גבוהים אף להפוך את איזור הדימות כולו לכהה (ברצפי ספין אקו סטנדרטיים).

לאוקסיהמוגלובין, המוגלובין מחומצן, אין אלקטרונים לא מזווגים ולכן אין לו השפעה על סיגנל התהודה המגנטית המקומי (הוא דיאמגנטי). כאשר הוא משחרר את אטומי החמצן שלו, הוא הופך להיות דאוקסיהמוגלובין, המוגלובין לא מחומצן, עם ארבעה אלקטרונים לא מזווגים. כעת ההמוגלובין הופך להיות פאראמגנטי והריכוז הגבוה של דאוקסיהמוגלובין בדם גורם לחוסר הומוגניות בשדה המגנטי וארטיפקטים בתמונה, אלמנטים הפוגעים בעוצמת סיגנל התהודה המגנטית המקומי. מהסיבה הזו אוקסיהמוגלובין נראה בהיר יותר מדאוקסיהמוגלובין בתמונת T2 ב-MRI.

אבל מה שתואר עד עכשיו זה רק חצי מהתמונה.

כפי שהוזכר קודם, במוח אין מאגרי חמצן ואנרגיה (כמו למשל בכבד ובשרירים) ולכן הוא תלוי אך ורק באספקת הדם אליו. בעורקי המוח זורם לו האוקסיהמוגלובין, שכפי שנאמר, מאחר שהוא לא מתמגנט, דיאמגנטי, אין לו השפעה על סיגנל התהודה המגנטית המקומי. במצב רגיל, נניח מצב מנוחה, הנוירונים מחלצים את מה שהם זקוקים לו מכלי הדם, משאירים בנימים הורידים בעיקר את הדאוקסיהמוגלובין הכחלחל בעל ההשפעה המגנטית ואז ישנה ירידה משמעותית של הסיגנל באיזור המוח המופעל או מעט אחריו.

עם זאת, במצב פעולה של נוירונים, משמע כאשר הם מאוקטבים, ההימצאות המקומית של נוירוטרנסמטורים גורמים לתאי תמיכה סביבם, אשר קרויים אסטרוציטים (התאים הגדולים והנפוצים במערכת העצבים המרכזית, צורתם כצורת כוכב והם ממלאים תפקידים תומכים רבים ברקמות המוח וחוט השדרה), לשחרר כימיקלים לתוך העורקים אשר גורמים לכלי הדם להתרחב ואז לספק יותר חמצן וחומרים תזונתיים לנוירונים באיזור המופעל במוח.

בעקבות כך, העלייה בנפח הדם היא יותר ממספיקה לצורך המטבוליטי שנדרש, וכך אנחנו בעצם מגיעים למצב של פרדוקס שבו ישנה עלייה בכמות האוקסיהמוגלובין האדמדם גם בנימים הורידיים, לאחר מעברם דרך הנוירונים באיזור המוח המופעל. מאחר שאוקסיהמוגלובין הוא חומר דיאמגנטי (לא מתמגנט ולא משפיע על סיגנל התהודה המגנטית), יש עלייה בסיגנל התהודה המגנטית האיזורית ביחס לאיזורי הנוירונים הלא- מאוקטבים, מה שמייצר איזור בהיר יותר של סיגנל תהודה מגנטית באיזור הנוירונים המאוקטבים (או יותר נכון, מעט אחריו, נגיע לכך בהמשך).

כך, מה שקורה בפועל הוא שרזולוצית הסיגנל בין הנוירונים המאוקטבים לבין הנוירונים במצב מנוחה (הנוירונים שאינם מאוקטבים) מתבסס על הריכוז היחסי של אוקסיהמוגלובין בנימים הורידיים ולכן סוג דימות זה נקרא BOLD- Blood Oxygen Level Dependent functional MRI.

 

המגבלות של BOLD fMRI ועל הפעילות המוחית של דג הסלמון המת

 

טכנולוגיית BOLD fMRI הינה כלי עוצמתי במחקר תפקודי של המוח, אך יש לה גם מגבלות ברורות מעצם צורת רכישת הסיגנל שלו- אלו בעיקר קשורות לרזולוציה זמנית (Temporal resolution-TE) ולדיוק מרחבי. רזולוציה זמנית מתייחסת לרזולוציה של מדידה ביחס לזמן. מאחר שאנחנו בודקים באופן עקיף פעילות הנוירונים המתבססת על העלייה האזורית בנימים הורידים של אוקסיהמוגלובין לאחר מיקום הנוירונים המאוקטבים, הדבר תלוי באורינטציה של ניקוז הורידים הפולטים סיגנל, ולכן מיקום הסיגנל יכול להתגלות כמה מילימטרים אחרי איזור הנוירונים המאוקטבים.

מקרה נוסף, יחסית מפורסם, שהציג לעולם את מגבלה של BOLD fMRI, קשור לרעשי הרקע שמהם הוא יכול להיות מושפע.

בשנת 2009, בנט (Bennett) ושותפיו  הציגו תמונה, כיום די מפורסמת, בתוך מאמר ששמו: Neural correlates of inner species perspective-taking in the post mortem Atlantic salmon

בתמונה נראית פעילות מוחית אצל דג סלמון מת ב- BOLD fMRI בתגובה להצגת תמונות של אנשים בסיטואציות חברתיות שונות. לפחות בתמונה אחת הצליחו החוקרים להדגים סיגנל משמעותי בתוך מוחו של הסלמון, אשר אמור להיות חסר פעילות.

 

התמונה והמאמר שסיכם אותה, לא נועדו להתנגד או ללעוג לטכנולוגיית ה-fMRI, אלא להעלות את המודעות לתוצאות מזוייפות בסריקות fMRI, אשר יכולות להיגרם מרעשי רקע אקראיים, אם תיקונים סטטיסטיים מסוימים לא נעשות באופן שגרתי כאשר מנתחים את נתוני תוצאות ה-fMRI. כותבי המאמר תקפו תוצאות מחקרים רבים שעשו שימוש ב-fMRI אשר נתוניהם יכולים להיות שגויים בעקבות אי-שימוש בתוכנות תיקון של בעיית ההשוואות המרובות (Multiple comparisons problem- בעיה סטטיסטית הנגרמת כאשר מבצעים מספר הסקות סטטיסטיות במקביל, או כשאומדים במקביל קבוצה של פרמטרים על בסיס נתונים שניצפו. לפעמים גם התיקונים יכולים לגרום לבעיות ולדחות את השערת האפס, גם כאשר היא נכונה). בעיה זו נובעת ספציפית מהמגבלות המתודולוגיות של שימוש ב- BOLD fMRI.

לסיכום, ה-fMRI הינו כלי מרתק שפתח אופציות רבות בפני עולם המחקר. הוא אמנם אינו חסר חסרונות, אך הוא כלי מחקרי אשר אין ספק שעתידו עוד לפניו.

 

ביבליוגרפיה ולקריאה נוספת:

 

Neural correlates of inner species perspective-taking in the post mortem Atlantic salmon

פורטל ה-fMRI והדימות המוחי- https://fmri.co.il/

אתר הספר MRI המדריך המלא-רפואה ופיזיקה נפגשות