Category Archives: כתבות אמצע

ד”ר תמר סגל-פרץ

חוקרים בטכניון ובמכון הלמהולץ היראון בגרמניה פיתחו קונספט חדש לייצור של ממברנות להפרדה סלקטיבית של חלקיקים ננומטריים לפי דרישה. ממברנות אלה רלוונטיות ליישומים מגוונים ובהם ייצור תרופות, הפרדת חומרים, טיהור מים וניקיון מזהמים ממי שפכים.

את המחקר שהתפרסם ב- Advanced Materials הובילו ד”ר תמר סגל-פרץ והדוקטורנט אסף סימון מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון, יחד עם ד”ר ז’נז’ן זאנג ופרופ’ פולקר אבץ ממכון הלמהולץ היראון בגרמניה.

הפרדה מולקולרית בסלקטיביות גבוהה היא תהליך המתרחש בטבע. דוגמה לכך היא ממברנות-תעלה, המפרידות בין פנים התא למרחב שמחוצה לו ומפקחות על החומרים הנכנסים לתא ויוצאים ממנו. בהשראת הטבע מנסות קבוצות מחקר רבות לפתח ממברנות-תעלה דומות, המאפשרות סינון של חומרים שונים למטרות תעשייתיות מגוונות. עם זאת, ייצורן של ממברנות כאלה, שיהיו מדויקות ואחידות מבחינת גודל החורים, סלקטיביות ותכונות אחרות, הוא אתגר הנדסי מורכב, והוא מורכב אף יותר כשהן מיועדות לחלקיקים ננומטריים קטנים.

אסף סימון

חוקרי הטכניון הצליחו לבנות את הממברנות המבוקשות באמצעות שימוש בבלוק-קופולימרים (block copolymers) – שרשראות פולימריות העוברות סידור עצמי באופן ספונטני. על מצע זה הם גידלו תחמוצת מתכת תוך שליטה מלאה על עובי התחמוצת בתוך חורי הממברנה. התהליך שפיתחו החוקרים מאפשר לקבוע באופן מדויק את גודל החורים כמו גם תכונות אחרות של הממברנה הפולימרית. לאחר הגידול מתקבל מצע אידאלי לשילוב של מולקולות פונקציונליות על גבי הממברנה, אשר מקנות לה תכונות ייחודיות כגון מטען חשמלי ופני שטח הידרופוביים (דוחי מים). ממברנות אלה הפגינו ביצועים יוצאי דופן בהפרדה של חלקיקים ננומטריים על בסיס גודל, מטען ו/או זיקה למים.

ד”ר סגל-פרץ מעריכה כי פריצת דרך זו תספק לתעשיות השונות כלי חדש, מגוון ומדויק בסינון מולקולות, מזהמים וחלקיקים אחרים.

מימין: תהליך ייצור הממברנות – גידול של מתכות בתוך תעלות הממברנה בצורה מדויקת השולטת בגודלן, ולאחר מכן יצירת תגובה לקבלת ממברנה בעלת תכונה פיזיקלית ייחודית. משמאל: תמונת חתך של הממברנה המראה שילוב של תחמוצות המתכת על גבי ממברנות הבלוק-קופולימר.

למאמר בכתב העת Advanced Materials  לחצו כאן

חוקרות בטכניון מדווחות על פיתוח מולקולה ייעודית העשויה לבלום התפתחות של מחלת אלצהיימר. המולקולה מפרקת את הקומפלקס הכימי הרעיל Cu–Aβ וכך בולמת את תמותת התאים המעורבת במחלה. את המחקר הובילו פרופ’ גליה מעין והדוקטורנטית אנסטסיה בהר מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך.

פרופ’ גליה מעין

יוני נחושת הם מרכיב מרכזי במבנה ובתפקוד של תאים שונים בגוף. עם זאת, הצטברות שלהם עלולה להוביל להרעלת תאים וכך לגרום תופעות מסוכנות ובהן עקה חמצונית, הפרעות לב וכלי דם ומחלות ניווניות של המוח ובהן אלצהיימר.

אחד המנגנונים המעורבים בהתפתחות אלצהיימר הוא היווצרות של רדיקלים חופשיים הפוגעים בתאי המוח. אלה הם  חומרים מחמצנים הנוצרים בין השאר על ידי Cu–Aβ – תרכובת של נחושת ועמילואיד בטא.

כיום כבר ידוע שפירוק של קומפלקס זה, כלומר הפרדת הנחושת מהעמילואיד, בולם את תמותת התאים ואת התפתחות המחלה. הפרדה זו נעשית באמצעות קלציה (Chelation) – שימוש במולקולות הנקשרות ליוני הנחושת ומפרידות אותם מהעמילואיד.

אולם אתגר זה אינו פשוט, משום שמולקולות הקלציה חייבות למלא כמה תנאים כימיים וקינטיים חשובים ובהם יציבות ועמידות בתהליכי חמצון-חיזור. חשוב גם שבתהליך ההפרדה האמור לא יילכדו מולקולות אבץ, שגם הן חיוניות לתפקוד הנוירונים (אך אינן גורמות לרעילות כאשר הן קשורות לעמילואיד); אם האבץ אינו נקשר למולקולת הקלציה, היא יכולה להמשיך לקשור את יוני הנחושת.

הדוקטורנטית אנסטסיה בהר

חוקרות הטכניון מדווחות בכתב העת Angewandte Chemie על הצלחה בפיתוחה של מולקולת קלציה מלאכותית חדשה העונה לכל הדרישות הללו. המולקולה, הקרויה P3, היא מולקולה מלאכותית  דמוית פפטיד ומסיסה במים, המבצעת את המשימה האמורה באופן סלקטיבי: היא נקשרת לנחושת באופן חזק ויוצרת את קומפלקס CuP3, מפרידה את הנחושת מהעמילואיד ובכך מעכבת ואף מדכאת יצירת חומרים מחמצנים מזיקים, ואינה יוצרת בתהליך זה תהליכי חמצון חדשים. היא אומנם קושרת יוני אבץ ואף מוציאה אותם מהעמלואיד מהר יותר מאשר את יוני הנחושת, אולם הקישור ליוני האבץ חלש ואורך זמן קצר ולכן בפועל היא קושרת בעיקר יוני נחושת.

בתרשים, משמאל לימין: חמצון של יוני הנחושת בקומפלקס של עמילואיד )המכיל גם יוני אבץ( מוביל ליצירת קומפלקס עמילואיד רעיל וחומרים מחמצנים מזיקים (ROS). מולקולת הקלציה המסיסה במים מסירה את יוני הנחושת מן הקומפלקס העמילואידי על ידי יצירת קומפלקס חדש יציב ומדכאת את יצירת החומרים המחמצנים המזיקים ((NO ROS, וכך מנטרלת את רעילות העמלואיד.

למאמר בכתב העת Angewandte Chemie לחצו כאן

היקף הפרס כמיליון דולר והוא הפרס הכספי הגדול בעולם המוענק בתחומים אלה. הפרסים ניתנו לשמונה חוקרים ישראלים, שלושה מהם כאמור חוקרים בטכניון: פרופ’ אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים, פרופ’ גדעון גרדר מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון וד”ר יניב רומנו מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב והפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי.

פרופ’ רוטשילד ופרופ’ גרדר הם חברי GTEP, תוכנית האנרגיה ע”ש ננסי וסטיבן גרנד בטכניון. הם זכו ב”פרס על מחקר פורץ דרך” על תרומתם לפיתוח טכנולוגיה חדשנית שמחוללת מהפכה בייצור מימן ירוק – דלק חלופי מבטיח שהשימוש בו יקטין את פליטות המזהמים וגזי החממה. הטכנולוגיה החדשנית שפיתחו השניים עם ד”ר חן דותן וד”ר אביגיל לנדמן, שהיו סטודנטים שלהם, הובילה להקמתה של חברת ההזנק H2PRO. לאחרונה זכתה החברה בתואר “החברה הטובה ביותר” בתחרות הבין-לאומית New Energy Challenge של ענקית האנרגיה SHELL. “ועידת האקלים בלגזגו העלתה את הבעיה הקשה ביותר הניצבת בפני האנושות – שינויי האקלים,” אמר פרופ’ גרדר. “מדובר בבעיה קשה ומורכבת שצמחה מתוך השימוש באנרגיה מחצבית ובשריפה לא מבוקרת של דלקים ב-150 השנים האחרונות. אחד המרכיבים בפתרון הבעיה הזאת הוא מימן ירוק שיופק ממקורות מתחדשים בתהליך ייצור יעיל, כלכלי ובטוח בקנה מידה רחב, ואני שמח שכל זה נמצא בפיתוח שעליו קיבלנו את הפרס.”

פרופ’ אבנר רוטשילד (במרכז) ופרופ’ גדעון גרדר (מימינו) עם התעודות

ד”ר יניב רומנו זכה בפרס לחוקרים בין-לאומיים מובילים המצטרפים כחברי סגל למוסדות להשכלה גבוהה בישראל, זאת על תרומתו פורצת הדרך בתחום מדעי הנתונים, למידת מכונה ועיבוד אותות. הוא השלים את כל תאריו האקדמיים בטכניון וחזר אליו, אחריו פוסט-דוקטורט באוניברסיטת סטנפורד, כחבר סגל בשתי פקולטות: הפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב והפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי. במחקריו הוא עוסק בפיתוח שיטות מתקדמות לניתוח מידע המבטיחות תאורטית ומעשית את איכות המסקנות המתקבלות על ידי אלגוריתמי למידה חישובית בהיבטים של אמינות, עמידות, הוגנות ונכונות.

ד”ר יניב רומנו (במרכז, מחזיק בתעודה)

רופאי מכבי שירותי בריאות החלו לעבוד לאחרונה עם אלגוריתם חיזוי מבוסס בינה מלאכותית שפותח בטכניון יחד עם KSM (קאהן-סגול-מכבי), מכון המחקר והחדשנות של מכבי. האלגוריתם החדש מסייע לרופאים בקבלת החלטה על טיפול אנטיביוטי מותאם אישית לכל מטופל.

פרופ’ רועי קישוני

האבחנה הראשונה שמכבי התמקדה בה היא דלקת בדרכי השתן – המחלה החיידקית הנפוצה ביותר בקרב נשים. כ-30% מהנשים באוכלוסייה סובלות מתופעה זו לפחות פעם אחת במהלך חייהן ועד 10% יסבלו מדלקות חוזרות. עד כה ניתן במרבית המקרים טיפול כללי המבוסס על ההנחיות הקליניות ועל שיקול דעת רפואי, ולעתים מתברר כי החיידקים עמידים לאנטיביוטיקה שנרשמה ויש צורך בהחלפת טיפול.

מאז תחילת השימוש באלגוריתם החדש טיפלו רופאי מכבי בעשרות אלפי מקרים, והתוצאה: ירידה משמעותית של כ-35% בצורך להחליף טיפול אנטיביוטי כתוצאה מהתפתחות עמידות חיידקית לאנטיביוטיקה שנרשמה. המשמעות היא שהודות לטכנולוגיה החדשה, התאמת האנטיביוטיקה מדויקת הרבה יותר. לאור הצלחת הפיתוח החדש בטיפול בדלקות שתן החלו במכבי לעבוד על פיתוח מערכות זיהוי נוספות שיסייעו להתמודד עם מחלות זיהומיות אחרות הדורשות טיפול אנטיביוטי מותאם אישית.

איך זה עובד?

המערכת הממוחשבת של מכבי ממליצה לרופא על הטיפול האנטיביוטי המתאים ביותר למטופלת בהתבסס על ההנחיות הקליניות ופרמטרים נוספים כגון גיל, מגדר, סטטוס הריון, מגורים במוסד סיעודי וכן היסטוריה אישית של דלקת בשתן וניפוקי אנטיביוטיקה.

האלגוריתם הייחודי פותח על ידי  פרופ’ רועי קישוני וד”ר עידן ילין מהפקולטה לביולוגיה בטכניון ביחד עם KSM, מכון המחקר והחדשנות של מכבי בראשות ד”ר טל פטלון והוטמע על ידי צוות מחלקת “מדיקל אינפורמטיקס” ומערך רופא ראשי בקרב רופאי מכבי. לדברי פרופ’ קישוני, “האלגוריתם שפיתחנו עם מומחי מכבי מהווה אבן דרך חשובה ברפואה מותאמת אישית לקראת טיפולים אנטיביוטיים מבוססי בינה מלאכותית – טיפולים המותאמים למטופל על סמך ניבוי התגובה לטיפול ומפחיתים התפתחות של חיידקים עמידים.”

ד”ר שירה גרינפלד, מנהלת מחלקת מדיקל אינפורמטיקס במכבי, אמרה כי “המשמעות של מתן טיפול אנטיביוטי מותאם אישית היא הקטנת הסיכון להתפתחות עמידות לאנטיביוטיקה – בעיה עולמית שגופי הבריאות כולם מנסים למצוא לה פתרון”.

מה המשותף בין הדמיה של עובר במכשיר אולטרה-סאונד, תקשורת סלולרית במכשירים ניידים, מנועים זעירים וזיכרונות מחשב הפועלים על אנרגיה מועטה? כל הטכנולוגיות הללו מבוססות על חומרים פֵרוֹאלקטריים – חומרים המאופיינים בקשר חזק בין מבנה האטומים שבחומר לבין תכונותיו החשמליות והמכניות.

ד”ר יכין עברי

כעת, חוקרים בטכניון הצליחו לשנות את תכונותיהם של חומרים פרואלקטריים על ידי סילוק של אטום חמצן בודד מהמבנה המקורי. בכך הם פורצים דרך לפיתוח טכנולוגיות חדשות. את המחקר הוביל ד”ר יכין עברי מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים עם הפוסטדוקטורנטית ד”ר המפראבה הלנגובן והדוקטורנטית מיה ברזילי, והוא התפרסם ב-ACS Nano. ראוי לציין כי סילוק של אטום חמצן ממקומו הוא אתגר גדול בשל משקלם הזעיר של אטומי החמצן, ולכן ההישג האמור מרשים במיוחד.

בחומרים פרואלקטריים, תזוזה קטנה של האטומים גורמת לשינויים משמעותיים בשדה החשמלי ובהתכווצות החומר או הרחבתו. אפקט זה נובע מכך שהיחידה הבסיסית שחוזרת על עצמה בחומר כוללת אטומים המסודרים במבנה שאינו סימטרי.

כדי להבהיר את המשפט האחרון ניקח כדוגמה חומר פרואלקטרי בשם בריום טיטנאט (Barium Titanate). בחומר זה יוצרים האטומים מבנה דמוי קובייה, שבתוכו נמצאים אטום אחד של טיטניום ואטומי חמצן. בחומרים אלה מתרחשת תופעה ייחודית: אטום הטיטניום מתרחק מאטומי החמצן. מאחר שלטיטניום מטען חשמלי חיובי ולחמצן מטען שלילי, התרחקותם זה מזה יוצרת קיטוב, כלומר דיפול חשמלי.

בקובייה יש שש פאות, כך שהאטומים הטעונים זזים לאחת מתוך שש אפשרויות. באזורים שונים בחומר, מספר רב של אטומים שכנים זזים לאותו הכיוון והקיטוב בכל אזור שכזה, המכונה דומיין פרואלקטרי, הוא אחיד.

מימין לשמאל : מיה ברזילי, ד”ר יכין עברי וד”ר המפרבה אלנגובן

הטכנולוגיות המסורתיות מבוססות על השדה החשמלי הנוצר באותם אזורים. עם זאת, בשנים האחרונות מופנה מאמץ אדיר למזער את ההתקנים ולעשות שימוש בגבול שבין הדומיינים במקום בדומיינים עצמם, וכך להפוך את ההתקנים ממבנים תלת-ממדיים למבנים דו-ממדיים.

החוקרים עדיין חלוקים לגבי מה קורה בעולם הדו-ממדי של קירות הדומיינים: כיצד מתייצב הגבול בין שני אזורים בעלי קיטוב חשמלי שונה? האם בקירות הדומיינים קיים קיטוב חשמלי אחר מזה של הדומיינים עצמם? האם אפשר לשלוט בתכונות של קירות הדומיינים באופן נקודתי?

במחקר הצליחו החוקרים לפענח, בסקאלה האטומית, את מבנה האטומים ואת היערכות השדה החשמלי בקירות הדומיינים. במאמר ב-ACS Nano מאששים החוקרים את ההשערה שקירות הדומיינים מאפשרים קיום של גבול דו-ממדי בין דומיינים כתוצאה מכך שחלק מאטומי החמצן באזורים המשותפים לשני דומיינים עוזבים את החומר ובכך מאפשרים גמישות גבוהה יותר בהיערכות השדה החשמלי המקומי. החוקרים הצליחו “להעלים” אטום חמצן בודד, והראו שפעולה זו יוצרת דיפולים הפוכים וסימטריה חשמלית גבוהה יותר – מבנה טופולוגי ייחודי הקרוי קוודרופול.

בסיוע סימולציות מחשב שערך לי שיו מאוניברסיטת ווסטרלייק שבסין הראו החוקרים כי לסילוקו של אטום החמצן השפעה רבה על התכונות החשמליות של החומר לא רק בסקאלה האטומית אלא אף בקנה מידה הרלוונטי להתקנים אלקטרוניים – למשל בהיבט של מוליכות חשמלית. פירוש הדבר הוא שהישג מדעי זה עשוי לסייע במזעורם של התקנים כאלה.

בתמונת המיקרוסקופ: תמונת המבנה לפני שליפת האטום מתוכו (מימין) ואחריה

יתר על כן, בשיתוף חוקרים מהקריה למחקר גרעיני נגב הראו חוקרי הטכניון כי את סילוק אטום החמצן אפשר להשיג על ידי חשיפת החומר לקרינת אלקטרונים. לכן, בנוסף לפוטנציאל הטכנולוגי של התגלית בתחום האלקטרוניקה, ייתכן שאפשר להשתמש באפקט עבור גלאי קרינה ועל ידי כך לאתר מראש ובכך למנוע תקלות גרעיניות כדוגמת האסון שפקד לפני מספר שנים את הכור בפוקושימה.

המחקר, שבוצע במתקני המיקרוסקופייה בפקולטה למדע והנדסה של חומרים, מומן על ידי הקרן הישראלית למדע וקרן פזי. המעבדה למבנים ננו וקוואנטום פונקציונליים, בראשות ד”ר עברי, פועלת בתמיכת תוכנית צוקרמן למנהיגות במדעים וטכנולוגיה.

למאמר ב-ACS Nano לחצו כאן

פרופ’ אסיה רולס

השפעות פסיכוסומטיות הן תופעה המוכרת לכולנו. אם, לדוגמה, נודע לנו שאדם ששהינו בקרבתו חלה בקורונה, יש סיכוי בלתי מבוטל שמייד נחוש כאב מציק בגרון או קוצר נשימה קל. כבר לפני 150 שנה תיארו מדענים כיצד אנשים שאלרגיים לפרחים מפתחים תגובה אלרגית גם למראה פרח מלאכותי. ואכן, כיום ידוע שמחלות רבות ובהן אלרגיות, דלקות מעי ומחלות אוטו-אימוניות עשויות להתעורר או להתגבר בעקבות השפעה פסיכוסומטית.

איך זה קורה? איך יתכן שמחלה, היא תוצר של מחשבה או פעילות מוחית אחרת? על כך משיב מחקר שנערך בטכניון והתפרסם בכתב העת Cell. השורה התחתונה: המוח אכן יכול לייצר מחלה ממשית. את המחקר ערכה קבוצתה של פרופ’ אסיה רולס מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בהובלת הדוקטורנטית תמר קורן ובשיתוף פרופ׳ קובי רוזנבלום מאוניברסיטת חיפה.

המחקר התמקד באיזור במוח הקרוי אינסולה ובקשר שלו למחלות מעי. לדברי פרופ’ רולס, “האינסולה נבחרה בשל תפקידיה המגוונים באינטרוספציה (Interoception) – תפיסה של אירועים ומצבים גופניים ונפשיים פנימיים ובהם טמפרטורת הגוף, נשימה, קצב הלב, כאב ורעב; המעי נבחר משום היותו עתיר עצבים – במערכת העיכול יש כחצי מיליארד תאי עצב, יותר מאשר בחוט השדרה. מאחר שהאינסולה מנטרת את מצב הגוף שיערנו שהיא גם שומרת מידע על המצב החיסוני שלו ושלכך תהיה השפעה על מצב המעי.”

הדוקטורנטית תמר קורן

ואכן, החוקרות הצליחו להראות כי במקרה של דלקת במעי, האינסולה צוברת מידע רב על הדינמיקה של הדלקת; יתרה מכך, אומרת פרופ’ רולס, “הראינו שבהפעלה יזומה של אותו איזור באינסולה שהופעל על ידי הדלקת בעבר אפשר לייצר דלקת חדשה. מדובר בסוג של זיכרון, כי המניפולציה הזאת עובדת רק לאחר אירוע חיסוני כלשהו.”

המחקר הנוכחי מרחיב את המונח “זיכרון חיסוני” המוכר כיום בעיקר בהקשר של חיסונים – יכולתה של מערכת החיסון לייצר תאי זיכרון ונוגדנים; במפגש ראשוני עם חיידק, נגיף או חיסון לומדת מערכת החיסון את מאפייניו של הפולש ושומרת אותם בתאי זיכרון משלה. כך, בפעם הבאה, תגיב המערכת במהירות ויעילות רבה יותר כנגד מרכיבים של אותו מחולל-מחלה ותוכל לצמצם תחלואה או למנוע אותה.

חוקרות הטכניון מראות במחקר הנוכחי, ככל הנראה לראשונה כי זיכרון כזה לא קיים רק בתוך מערכת החיסון אלא גם במוח; כי קבוצות נוירונים במוח יכולות לצבור, לאחסן ולייצא מידע הקשור למערכת החיסון. יתר על כן, בשעת האמת, כאשר הגוף מותקף, נחלץ המוח לעזרת מערכת החיסון ומסייע לה להגיב במהירות וביעילות.

החוקרות מדגישות כי המחקר נעשה בעכברים ולכן יש להיזהר בפרשנויות שלו לגבי בני אדם; עם זאת, הן מסבירות כי מעבר להישג המדעי – חשיפת המנגנון הפסיכוסומטי –  יש בממצאי המחקר פוטנציאל קליני לטיפול במחלות דלקתיות כרוניות. זאת משום שבאמצעות מניפולציה על האינסולה אפשר לא רק ליזום ולהאיץ תגובות חיסוניות אלא גם להאט ולשכך אותן, ולפחות במקרה של דלקת מעי – ממש להסיג את המחלה כפי שהראו במחקר בעכברים.

לסיכום, יתכן שעיכוב הפעילות באזורים מסוימים באינסולה יוכל לשכך מחלות פיזיולוגיות שמקורותיהן פסיכוסומטיים. אחד מיתרונותיה של התערבות כזו הוא בהיותה ממוקדת ומסונכרנת בין כל מערכות הגוף; בניגוד לטיפול גורף וכללי בסטרואידים היא מאפשרת לבצע טיפול ממוקד.

פרופ’ אסיה רולס והדוקטורנטית תמר קורן

המחקר נתמך על ידי הנציבות האירופית למחקר (מענק ERC), מרכז פרינס למחלות נוירולוגיות של המוח והמכון הרפואי האוורד יוז. בהובלת המחקר השתתף פרופ’ קובי רוזנבלום מחוג סגול לנוירוביולוגיה באוניברסיטת חיפה.

פרופ’ אסיה רולס השלימה תואר ראשון ושני בפקולטה לביולוגיה בטכניון. לאחר דוקטורט במכון ויצמן למדע ופוסט-דוקטורט במחלקה לפסיכיאטריה באוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה היא הצטרפה בשנת 2012 לסגל הפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון. היא נבחרה כחברה באקדמיה הצעירה למדעים, זכתה בפרס אדליס לחקר המוח ובפרס קריל מטעם קרן וולף, במענק ERC ונבחרה כאחת מ-40 החוקרים הבינלאומיים המובילים מטעם המכון הרפואי הווארד יוז (HHMI).

תמר קורן היא דוקטורנטית במסלול MD-PhD, המכשיר רופאים-חוקרים בפקולטה לרפואה בטכניון. היא החלה את לימודיה בטכניון לאחר קבלת תואר B.Mus בהצטיינות ככנרת בביה”ס למוסיקה ע”ש בוכמן-מהטה באוניברסיטת תל אביב. ב-2016 היא הצטרפה למעבדתה של פרופ’ רולס ומאז היא מתמקדת במחקר המתפרסם כעת, זאת במקביל ללימודיה הקליניים ברפואה.

לסרטון המסביר את המחקר:

למאמר בכתב העת Cell  לחצו כאן

כולנו מותחים לפעמים את הגבול ומעגלים פינות, בין אם מדובר בשימוש בטלפון בזמן נהיגה, חציית כביש שלא במעבר חצייה, עטיית מסיכה מתחת לאף או על הסנטר, הצהרת בריאות לילד ועוד.

כל אלה הן הפרות התנהגותיות קטנות יחסית, לא כאלה שמגיעות לכותרות העיתונים. כל אחת מהן בנפרד אכן עשויה להיתפס כבעלת השפעה זניחה, אך ברמה הכוללת בהחלט מדובר בהתנהגויות לא רצויות המצטברות לכדי נזק אדיר לחברה עם השלכות הרסניות – לעיתים עד כדי חיים ומוות.

ד”ר כנרת תאודורסקו

לאור זאת נשאלת השאלה איזו מדיניות אכיפה נחוצה כדי לצמצם את שכיחותן של התנהגויות כאלה. בעולם דמיוני ונטול אילוצים יתכן שאפשר להגביר הן את תדירות האכיפה והן את חומרת הענישה; אולם בעולם האמיתי, מקבלי ההחלטות חייבים לשקול עלויות; אכיפה תכופה יותר, לדוגמה, מצריכה יותר שוטרים ומצלמות אבטחה, ואילו הגברת חומרת הענישה עלולה לגרור התנגדות ציבורית שגם לה יש מחיר.

על רקע זה נאלצים מקבלי ההחלטות, לעתים תכופות, לבחור בין השתיים – השקעה בתכיפות האכיפה או השקעה בחומרת הענישה. במקרים רבים בארץ ובעולם, הבחירה נופלת על ענישה חמורה בתדירות נמוכה – כמו למשל הענישה הכבדה שהונהגה בישראל על אי עטיית מסכה. גישה זו עולה בקנה אחד עם תאוריות קלאסיות בכלכלה הגורסות כי חומרת הענישה היא הגורם ההרתעתי החשוב ביותר. גישה זו נתמכת גם במספר מחקרים בכלכלה התנהגותית לפיהם כאשר העונשים קטנים, אנשים עלולים להתייחס לקנס כאל מחיר לגיטימי שאפשר ואפילו כדאי לשלם עבור הרווח שבהפרה.

חוקרים מהטכניון, מאוניברסיטת בן גוריון ומאוניברסיטת רייכמן מראים כי ההיפך הוא הנכון; הדרך היעילה יותר מבין השתיים היא דווקא ענישה קלה בתדירות גבוהה. את המחקר שהתפרסם ב-PNAS כתב העת של האקדמיה האמריקנית למדעים הובילה ד”ר כנרת תאודורסקו מהפקולטה להנדסת תעשייה וניהול בטכניון, שערכה אותו עם עמיתה לפקולטה ד”ר אורי פלונסקי, עם פרופ’ שחר אייל מאוניברסיטת רייכמן ועם פרופ’ רחלי ברקן מאוניברסיטת בן גוריון.

מחקרים קודמים בנושא של הפרת הנחיות ורמייה בחנו בעיקר את השפעתם של היבטים פנימיים של מוסר ונורמות. מחקרים אלה התמקדו בדרך כלל בניסויי מעבדה שבהם ניתנת למשתתפים האפשרות לרמות פעם אחת או פעמים ספורות בלבד ללא מתן משוב על תוצאות הרמייה וללא אכיפה חיצונית כלל. אולם כך לא פועלים הדברים בעולם האמיתי, שכן מקבלי ההחלטות – והציבור כולו – רוצים לצמצם את הפרת ההנחיות החוזרת ונשנית שבסופו של דבר מזיקה לכולנו. המחקר הנוכחי עסק בשאלה של השפעת האכיפה החיצונית על ההתנהגות לאורך זמן. כאמור, הוא התמקד בהשוואה בין שני דפוסי מדיניות שונים: אכיפה של עונשים קטנים בתדירות גבוהה מול עונשים גדולים בתדירות נמוכה.

ד”ר אורי פלונסקי

המחקר כלל מספר ניסויים שבהם ניתנו למשתתפים הזדמנויות רבות לדווח על תוצאה כוזבת ולהרוויח יותר כסף. בשלב הראשון לא נבדקה נכונות התשובות וכמובן לא הייתה אכיפה; בשלב הבא נאמר למשתתפים שמעכשיו חלק מהתשובות יידגמו באופן רנדומלי, נכונותן תיבדק והם ייקנסו על כל תשובה שגויה – גודל הקנס יופחת מהתשלום שיקבלו על ההשתתפות במחקר. עבור קבוצה אחת של משתתפים ננקטה תדירות אכיפה גבוהה עם קנסות קטנים, ואילו בקבוצה השנייה ננקטה תדירות אכיפה נמוכה עם קנסות גבוהים ומרתיעים.

לדברי ד”ר תאודורסקו, “בכל הניסויים האלה מצאנו שעונשים קטנים בתדירות גבוהה הפחיתו את שיעור ההפרות ביעילות רבה הרבה יותר מעונשים גדולים בתדירות נמוכה. הפער היה גדול במיוחד אצל משתתפים שמלכתחילה – עוד בשלב הראשון, נטול האכיפה –נטו לבצע יותר הפרות. יתרה מכך, מגמה זו נשמרה גם כאשר נאמר למשתתפים מראש מהו גודל הקנס ולא נאמרה להם תדירות האכיפה – מה שמדמה מצבים רבים בחיי היום יום.”

הממצאים עולים בקנה אחד עם תיאוריות עכשוויות בקבלת החלטות על סמך התנסות –  תאוריות המתייחסות לתהליך הלמידה של מערכות תמריצים לאורך זמן בהחלטות חוזרות המלוות במשוב. במצבים כאלו ההרתעה הראשונית של עונשים כבדים נשחקת במהירות. ההסבר המשוער לכך הוא כשאנו באים לקבל החלטה האם לבצע הפרה התנהגותית או לא, אנחנו ‘נזכרים’ במספר קטן של התנסויות עבר שלנו עם מקרים שבהם היו לנו פיתוי לבצע הפרה ובתוצאה במקרים הללו. כיוון שמדגם קטן של התנסויות לרוב אינו מכיל אירועים נדירים, במרבית הפעמים המדגם שעליו אנו נשענים בבואנו לקבל את ההחלטה יכלול רק את האירוע השכיח. כאשר האכיפה היא בתדירות נמוכה, האירוע השכיח הוא שמרוויחים מביצוע ההפרה ולא נתפסים, מה שמוביל להישנותן של התנהגויות לא רצויות.

לכן, כדי להפחית את הישנותן של התנהגויות לא רצויות חשוב לייצר קשר בין הפרה לענישה, וזאת באמצעות אכיפה תכופה ולאו דווקא בענישה מחמירה. לדוגמה, מספיק שכל אדם שאינו עוטה מסיכה כראוי יקבל פעמים רבות עונש קטן – כלומר קנס כספי קטן ואולי אפילו רק נזיפה – כדי לגרום לו לשנות את התנהגותו.

למעשה, תוצאות המחקר מצביעות על כך שכאשר תדירות האכיפה מאוד נמוכה (קטנה מ-10% מההפרות), די בהגברתה באחוזים בודדים בלבד כדי להוביל לצמצום דרסטי של ההפרות. שינוי זה מושג אפילו אם העונשים פחותים. לכן, לדברי החוקרים, טוב יהיה אם מקבלי החלטות יתעלו את המשאבים להגברת תדירות האכיפה ולא לחקיקת עונשים מחמירים. החוקרים מדגישים כי כל זה מצטרף לממצאים של מחקרים קודמים, המצביעים על כך שכאשר העונשים כבדים מאוד, תדירות האכיפה אף יורדת “מעצמה” משום שצוותי אכיפה נוטים להבליג ולוותר על הענישה כאשר היא כבדה.

ד”ר תאודורסקו מוסיפה כי גם אם הנסיבות הנוכחיות גורמות לנו לקשר את הממצאים לסוגיית ההתנהגות במגפה, חשוב להפיק מהם מסקנות כלליות יותר לגבי אכיפה וענישה כדרך לצמצם הפרות התנהגות. למעשה הן רלוונטיות לכל הפרה הנחשבת “קטנה” – כתיבה בסלולרי בזמן נהיגה, אלימות מתונה וכו’ – שהצטברות שלה עלולה להוביל לנזק כבד. ד”ר תאודורסקו מציעה שהורים, מחנכים וגורמים אחרים יקפידו על תגובה גם כאשר ההפרה אינה דרמטית, בידיעה שגם תגובה מתונה תסייע בשינוי ההתנהגות אם היא תתקיים בתדירות גבוהה.

למחקר:

https://www.pnas.org/content/118/42/e2108507118

המחקר נתמך במענק מטעם הקרן הלאומית למדע.

פרופ’ מירי בן חן

שימוש ברובוטים בבנייה ובייצור אדריכלי הוא חזון הולך ומתקרב הנתפס כמגמה מרכזית במהפכה הבאה בתחום הבנייה. כבר שנים שפרויקטים אדריכליים מורכבים מתוכננים במחשב, אך בשטח הם מיושמים בשיטות בנייה שכמעט ולא השתנו במשך עשורים.

בשנים האחרונות מתחיל המכשור הרובוטי המתפתח לסגור את הפער בין רמת התחכום של התכנון לרמת הביצוע באתר. בהתאם לכך, מי שזכה לצפות בסרטונים על תהליכי ייצור רובוטיים של פרויקטים אדריכליים יתקשה שלא להתלהב. המוצלחים שבהם מציגים, בעריכה מהירה ובליווי מוזיקה, זרועות רובוטיות שזזות ומוציאות חלקי בניין שמתחברים בקלות זה לזה. לקצב הייצור מצטרף גם החיתוך המדויק והדיוק בפרטים.

למרות המקצב המלהיב של הרובוטים והאפשרויות האין-סופיות הטמונות בתהליכי הייצור הללו, מאחורי הקלעים נדרשת בדרך כלל התערבות אנושית הן ברמת הייצור והן ברמת החישוב ותכנון התוצרים השונים, זאת בעיקר כשהתכנון האדריכלי מתבסס על מערכות מרחביות מורכבות כגון חיפויים דקים ועקמומיים. על צמצום הפער הזה בין ההבטחה למציאות עובדת כיום קבוצת חוקרים מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב בטכניון. החוקרים פרופ’ מירי בן חן, ד”ר קספר פלוטה ומיכל אדלשטיין, עם עמיתם פרופ’ אמיר וקסמן מאוניברסיטת אוטרכט, נענו לפנייתו של ארכיטקט ופיתחו אלגוריתם שיודע למצוא פתרונות אוטומטיים לצורכי ייצור רובוטי של משטחים מורכבים. החוקרים יצרו מסגרת חישובית שהוכחה כיעילה במעבדה ושלתוכה אפשר להכניס כל תכנון מורכב ומגוון ולקבל מערך של פרגמטים מוכנים לייצור, לרבות משטחים בעלי עקמומיות כפולה. הפיתוח התפרסם בכתב העת ACM Transactions on Graphics.

“חשוב להבין שהייצור הרובוטי התעשייתי אינו גחמה טכנולוגית,” מסבירה פרופ’ בן חן. “יש בו יתרונות רבים בהיבטים שונים של קיימות כגון חיסכון בחומרים, צמצום זמן הבנייה והקטנת ההשפעה הסביבתית של תהליך הבנייה. האלגוריתם שפיתחנו יודע לקחת משטחים מורכבים ולחלק אותם לחלקים קטנים, משושים, באופן המגדיל את היתרונות המכניים של המשטח. האלגוריתם מפיק תוכנית תלת-ממדית המוכנה לייצור רובוטי. המשך הפיתוח של המערך החישובי יאפשר לקבל פתרון אופטימלי יישומי.”

לדברי פרופ’ בן חן, “נדרש שיתוף פעולה עם ארכיטקטים כדי להפוך את המערכת החישובית לאפליקטיבית גם ‘בעולם האמיתי’. בסופו של דבר אנחנו מקווים שהמחקר יוביל לפיתוח מערכת שתדע לחשב וליצור חלקי בניין באופן אוטומטי כך שיהיה אפשר להרכיבם בשטח מבלי לפגוע או להתפשר על המורכבות האדריכלית או המבנית.”

למאמר בכתב העת ACM Transactions on Graphics  לחצו כאן