כמו גחליליות: תאי עצב זוהרים מאפשרים לצפות במוח בפעולה

כשמדענים רוצים לחקור את המוח, אחת השאלות החשובות ביותר היא: אילו תאי עצב פעילים בכל רגע נתון? הבנה כיצד תאי מוח חיים מתנהגים לאורך זמן חיונית לחקר התפקוד של מערכות ביולוגיות. השיטה הנפוצה ביותר כיום במחקרי בעלי חיים מבוססת על הנדסה גנטית: מכניסים לתאי העצב חלבון מיוחד שכשמאירים עליו באור כחול חזק, הוא זורח בירוק. ככל שהתא יותר פעיל (יש בו יותר סידן), עוצמת הזוהר הירוק משתנה.

במחקרים על עכברים באמצעות השיטה המסורתית, החוקרים מבצעים ניתוח: הם פותחים חור קטן (שלושה מילימטרים) בגולגולת, מזריקים וירוס שמכניס את הגן לתאי העצב (שממנו התאים מייצרים את החלבון), ומכסים את החור בחלון זכוכית שמוצמד במלט דנטלי. אחרי שהעכבר מחלים, משתמשים במיקרוסקופ שמקרין אור כחול דרך החלון ישירות על המוח, ומצלם את האור הירוק שחוזר - וכך יודעים אילו תאים פעילים.

אבל לשיטה הזו יש בעיות רציניות: האור החזק פוגע לאורך זמן בתאי המוח. בנוסף, רקמות אחרות במוח גם זוהרות קלות מהאור הזה ויוצרות "רעש" שמפריע למדידה. והחלבונים עצמם מתקלקלים אחרי זמן מה ומפסיקים לעבוד. התוצאה: אפשר לצלם רק פרקי זמן קצרים, והתמונות לא תמיד ברורות.

כעת, צוות מדענים אמריקנים פיתח פתרון שונה לחלוטין במחקר על עכברים ודגי זברה. במקום להאיר על התאים מבחוץ, הם גרמו לתאים לייצר אור מעצמם - בדיוק כמו גחליליות. "התחלנו לחשוב: 'מה אם נוכל להאיר את המוח מבפנים?'", אמר פרופ' כריסטופר מור ממכון קרני למדעי המוח באוניברסיטת בראון. "הבנו שנוכל להשתמש בהארה עצמית של התאים במקום".

איך זה עובד? החוקרים מכניסים לתאי העצב אנזים מיוחד - סוג של חלבון שמבצע תגובות כימיות. בנוסף, הם מזריקים לעכבר מולקולה קטנה מסוימת שמגיעה למוח. כשהאנזים והמולקולה נפגשים, מתרחשת תגובה כימית שמייצרת אור. ככל שהתא יותר פעיל (יש בו יותר סידן), התגובה מייצרת יותר אור. התוצאה: התאים הפעילים זוהרים מעצמם, ללא צורך בהארה חיצונית. החוקרים רק צריכים לצלם את האור הזה במצלמה רגישה דרך החלון בגולגולת.

חמש שעות רצופות של צפייה

הטכנולוגיה, שפורסמה החודש בכתב העת המדעי Nature Methods, נקראת CaBLAM. "המוח אינו מייצר באופן טבעי אור ביולוגי, כך שכאשר נוירונים מהונדסים זוהרים מעצמם, הם בולטים על רקע חשוך ללא הפרעה", הסביר פרופ' ניית'ן שיינר מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, שפיתח את האנזים. בשיטה הישנה, רקמת המוח עצמה זוהרת קלות מהאור החיצוני - כאן אין את הבעיה הזו.

בניסויים בעכברים ערים, החוקרים הצליחו לצלם פעילות של תאי עצב בודדים במשך חמש שעות רצופות - משהו בלתי אפשרי עם השיטה המסורתית. הם גם הצליחו לזהות פעילות של נוירונים בודדים בתגובה לגירוי קל של זיפי השפם של העכברים. בניסויים במבחנה, השיטה החדשה הראתה הבדל של פי 83 בין תאים שקטים לתאים פעילים - הרבה יותר מכל שיטה קודמת של הארה עצמית שפותחה עד כה.

"המולקולות החדשות הללו סיפקו, לראשונה, את היכולת לראות תאים בודדים מופעלים באופן עצמאי, כמעט כאילו אתה משתמש במצלמה מיוחדת ורגישה כדי להקליט פעילות מוחית בזמן שהיא מתרחשת", אמר מור.

מור מאמין שבעתיד הטכנולוגיה תוכל לשמש לא רק למחקר מוח אלא גם למעקב אחר פעילות באיברים אחרים. "התקדמות זו מאפשרת מגוון חדש של אפשרויות לראות כיצד המוח והגוף עובדים", אמר, "כולל מעקב אחר פעילות במספר חלקים בגוף בו-זמנית".