יואב שכטמן

זוכה פרס קריל 2021
טכניון

יואב שכטמן (Yoav Shechtman) – מיקרוסקופיה אופטית חישובית לדימות החיים בסקלה ננומטרית.

 

"הדבר המעניין ביותר עבורי הוא להשתמש בכלים הנדסיים וחישוביים כדי לעזור להבין את העולם הביולוגי טוב יותר, ובתקווה גם לסייע לבריאות האדם, ספציפית – על ידי פיתוח הדור הבא של המיקרוסקופיה. במעבדה שלי מפתחים מערכות אופטיות שמקודדות מידע שלרוב נסתר במיקרוסקופים רגילים, למשל מוסיפות עומק לתמונה דו ממדית, או צבע לתמונה אפורה. הדבר מאפשר לנו לצלם מהר יותר, בתלת ממד, בצבעים רבים, וברזולוציה גבוהה מאוד. תמונות שמצולמות במערכת שלנו ייראו מוזר מאוד לאדם )למעשה, בלתי מובנות(. רק לאחר עיבוד המחשב מתגלה המידע שהסתתר בהן."

 

המחקר של ד"ר שכטמן מתמקד בפיתוח כלים להתבוננות בחיים בסקלה
ננומטרית, למשל בתוך תאים חיים. בקנה מידה זעיר זה, מיקרוסקופים
מסורתיים סובלים ממגבלות עקרוניות על רזולוציה, טווח העומק וראיית
צבע.

קבוצת המחקר במעבדה מפתחת ומיישמת שיטות אופטיות וחישוביות
לאפשר יכולות חדשות במיקרוסקופיה. ד"ר שכטמן כי ניתן להתגבר על
אתגרים מהותיים במיקרוסקופיה על ידי קידוד יעיל של מידע ושחזורו.
הקבוצה הבינתחומית של ד"ר שכטמן מנצלת כלים החל מעיצוב אופטי,
דרך למידת מכונה, הדפסת תלת-ממד, ועד ביולוגיה מולקולרית, במטרה
לפתח את הדור הבא של מיקרוסקופיה אופטית חישובית.

מעבר לפיתוח השיטות עצמן, מתעניין ד"ר שכטמן גם ביישומים
ביולוגיים, כמו מדידת הדינמיקה של DNA בתאים חיים וביצוע אבחונים
ביו-מולקולריים רגישים במיוחד.

 

"במהלך הפוסט-דוקטורט שלי כתבתי קוד מחשב שמבצע אופטימיזציה למערכת אופטית במטרה לגלות קידוד אופטימלי למידע עומקבמיקרוסקופיה. ניסיתי כמה כיוונים שנכשלו, ולבסוף אחד מהם עבד. באותו הרגע מסך המחשב החל להתערפל, אך עד מהרה הבנתי שאלה רק דמעות התרגשות בעיני."

 

 

מורן שלו בן-עמי

זוכת פרס קריל 2021
מכון ויצמן

מורן שלו בן-עמי (Moran Shalev Ben Ami) – חקר מבני של מנגנונים תאיים.

 

"מיקרוסקופיה אלקטרונית זה תחום מרתק. האפשרות לצלם תמונות ישירות של מולקולות בפעולה – תמונות, שכשמצרפים אותן זו לזו, מספרות את הסיפור המרתק של אופן פעולתן."

 

הגוף שלנו מורכב מחלבונים – מכונות זעירות הנמצאות בתאים ומתווכות
את כלל הפעולות הפיזיולוגיות החיוניות לקיום חיים. המפתח להבנת
דרכי הפעולה של מכונות מיניאטוריות אלה הוא מציאת העדשה הנכונה
דרכה ניתן לתעד את סיפורן המורכב והדינמי על ידי צילומן בפעולה.
מעבדת המחקר של ד"ר שלו בן עמי מתמחה בשימוש במיקרוסקופיה
אלקטרונית קריוגנית – טכנולוגיה חדשנית המסוגלת להציג מולקולות
ביולוגיות ברזולוציה כמעט אטומית – כדי לחקור אברונים המצויים
בתאים.

במעבדה חוקרים מורן וצוותה את מבנה החלבונים האחראים לוויסות
תהליכים במערכת העצבים המרכזית בגוף האדם ומנסים לשפוך אור
על המנגנונים המתווכים את התקשורת בין תאי המוח כמו גם את
המנגנונים המולקולריים באמצעותם משפיעות תרופות שונות על מערכת
העצבים המרכזית. המעבדה משלבת מחקר מבני עם ביוכימיה וביולוגיה
מולקולרית, במטרה לשפוך אור על דרכי התקשורת בין תאים בגופינו
בשגרה מחד, ומאידך, לבחון את האופן שבו תקשורת לקויה בין תאים
תורמת להתפתחות מחלות.

 

"כשאת לא עוסקת במחקר? "אני חוזרת לאהבה הראשונה שלי – שירת א-קפלה"

בנימין רוזנטל

זוכה פרס קריל 2021
אונ' בן גוריון שבנגב

בנימין רוזנטל (Benyamin Rosental) – אימונולוגיה השוואתית והשתלת תאי גזע.

 

"אנחנו מנסים להבין את השאלות הבסיסיות של מערכת החיסון בהבחנה בין עצמי ל"עצמי-שונה". כלומר תאים שלנו שהודבקו בווירוס, עברו התמרה סרטנית, או רקמות שונות בהשתלה, ואפילו תגובת מערכת חיסונית אימהית כלפי רקמות העובר בזמן הריון. מה שמרתק כל כך הוא שכל האורגניזמים יודעים לעשות את התהליכים הללו, אבל אנחנו כמעט לא מבינים "איך", למרות שזה כל כך חשוב."

 

המעבדה עוסקת בקבלת רקמות והשתלת תאי גזע בעזרת מודלים של
בעלי חיים ייחודיים, ומה שאנחנו לומדים מהם מתרגמים למחקר רפואי.
המעבדה של ד"ר רוזנטל לומדת את התהליכים הבסיסיים של מערכת
החיסון המולדת בקבלת ודחיית רקמות.

בין המחקרים פורצי הדרך במעבדתו של ד"ר רוזנטל:
מחקר העוסק בשינוי תגובות של מערכת החיסון בהשתלת תאי הגזע של
מערכת הדם (hematopoietic), בעיקר בהשתלת מח עצם. כמו כן מחקר
העוסק בהבנת "נקודת השבר" של מערכת החיסון בין מתן אפשרות של
חידוש הרקמה לתגובה דלקתית אשר מביאה להרס הרקמה.

וכן מחקר ייחודי נוסף המשתמש בידע שלנו בהשתלות תאי גזע בחיות
ימיות, בשביל לבודד ולהשתיל תאי גזע באלמוגים. הרעיון הוא לאפשר
השתלת תאי גזע מפרטים עמידים לעקות חום לפרטים הרגישים, בשביל
לאפשר עמידות לעליית הטמפרטורות בים. בעצם השתלת תאי גזע
כאמצעי להצלת אוכלוסיית האלמוגים משינויי האקלים.

 

מסר לדור הצעיר?
אף אחד לא יכול לעשות מחקר מצוין ללא קולגות וחברים טובים לאורך הדרך. אנחנו נתקדם טוב יותר אם נחלוק מידע ונעזר באנשים, לאורך הקריירה צריך למצוא את אותם האנשים שיקדמו אותכם ושעבודה משותפת איתם תקדם את שני הצדדים. גם הרעיונות שלכם תמיד ישתפרו אם תבדקו את
הרעיונות עם הקולגות מזוויות שונות. מחקר זה גם לא פשוט, הרבה פעמים דברים לא הולכים גם את הדברים הללו חשוב לחלוק עם קולגות ואולי גם תקבלו רעיון טוב לשיפור.

עידו קמינר

זוכה פרס קריל 2021
טכניון

עידו קמינר (Ido Kaminer) – חקר הטבע הקוונטי של האור ושימושיו.

 

"במהלך התואר הראשון אפשר לומר שממש שנאתי את קורסי הקוונטים. הקורסים נראו לי לא מספיק מקצועיים – מלאים בנקודות רבות שלא הייתה דרך טובה להסביר. עזבתי את תחום הפיזיקה לתקופה בסוף התואר בגלל התחושה שיש מלא חורים ביסודות בתחום. חזרתי מאותה סיבה. כי כשיש חורים ביסודות זה אומר שיש לנו עדיין הרבה עבודה חשובה לעשות בתור חוקרים בתחום."

 

ד"ר קמינר הוא פיזיקאי החוקר את יסודות מכניקת הקוונטים, הפוטוניקה,
האופטיקה הקוונטית, והמיקרוסקופיה האלקטרונית.

הוא עומד בראש מעבדת AdQuanta אשר מפתחת שיטות תיאורטיות
חדשניות ומערכות ניסוי מתקדמות. מחקריהם הובילו לפיתוח אפליקציות
של אלקטרודינמיקה קוונטית, בין היתר היכולת לחזות תופעות חדשות
הנובעות משליטה בפונקציית הגל של חומר ושל אור בדרכים שמאפשרות
תהליכים פיזיקליים שלא יכולים להתקבל באופן טבעי.

המעבדה של ד"ר קמינר משלבת לייזרים בתחום הפמטושנייה עם
מיקרוסקופי אלקטרונים חודרים בשביל ניסויים חדשניים – שילוב זה
הוביל לפיתוח מיקרוסקופ ייחודי המשיג את שיא העולם ברזולוציה
משולבת של מרחב וזמן.

המחקר של הקבוצה עוסק באינטראקציות אור-חומר בננופוטוניקה
ובחומרים דו-מימדיים ומוביל לאפליקציות פורצות דרך במקורות אור
חדשניים וגלאים אולטרה-מהירים.

 

טיפ לדור הצעיר: תחפשו חידות שאף אחד לא פתר – אלו החידות שהכי קשה אבל גם הכי חשוב והכי מספק לפתור.

תמיר קליין

זוכה פרס קריל 2021
מכון ויצמן

תמיר קליין (Tamir klein) – אקו-פיזיולוגיה של עצים בעולם משתנה.

 

 

"גדלתי ביער אורנים, כיון שהורי בנו את ביתם בתוך היער. היער היה מגרש המשחקים שלי ושל אחיותיי. מארג היחסים המורכב בין צמחים וחיות בטבע תמיד משך אותי. קוסמת לי האפשרות לחקור, לגלות ולהבין עצים, שהם חלק משמעותי מעולם הטבע, ואחד היפים שבו. האפשרות לראות את דרכי ההתמודדות של יצורים נייחים עם שינויים קיצוניים, ואת חלקם במערכת אקולוגית שלמה ועשירה."

 

המחקר במעבדתו של ד"ר קליין עוסק בתהליכים הפנימיים המתרחשים
בתוך עצים ומאפשרים להם לשרוד בתנאים משתנים. קבוצת המחקר
תחת ד"ר קליין מתמקדת בתהליכים דינמיים של מעבר מים ופחמן בתוך
העץ ובין העץ לסביבתו, לרבות שותפיו המיקרוביולוגיים בקרקע )פטריות
וחיידקים(. השינויים המהירים החלים בסביבה כיום, כגון עליית ריכוז
הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה, התייבשות האקלים והתחממותו,
מציבים אתגרים רבים בפני העצים.

בגלל גודלם, עצים ויערות מהווים נדבך עיקרי בביוספרה של כדור-הארץ
ומשתתפים במיחזור החומרים בו. במעבדה מודדים את תגובות העצים
לשינויים אלו בניסויים מבוקרים וכן במספר אתרי מחקר ביערות בארץ
ובעולם.

במסגרת מחקרים אלו במעבדה אפיינו מנגנונים חדשים לעמידות עצים
בפני יובש, כולל תגובות בעלים ובצינוריות העצה, אגירת פחמן כעמילן,
והתמודדות עם קרינה גבוהה.

מיפינו את הקצאת הפחמן לאיברים ותהליכים שונים בעץ במינים שונים
ולאורך זמן, וגילו מנגנונים המאפשרים לעצים להעביר פחמן מאחד לשני
דרך רשתות של פטריות מיקוריזה משותפות מתחת לקרקע היער.

מרב פרטר

זוכת פרס קריל 2021
מכון ויצמן

מרב פרטר (Merav Parter) – רשתות מבוזרות.

 

משחקי מחשב מרובי-משתתפים, רשתות מחשב, דבורים במכוורת, בני אדם ברשת חברתית ותאי עצב במוח -כולם מעורבים במארג סבוך של תקשורת ויחסי גומלין- כל אלה מדגימים היטב את מה שמכונה 'רשתות מבוזרות.

"את ההשראה לפתרון של בעיות של ביזור אני מקבלת מהטבע, אם זה התנהגות של נמלים או מעגלים במוח.אני רוצה להעמיק את החיבור בין חישוב מבוזר לתחומים אחרים – לא בהכרח תיאורטיים וליישם את כוחה של השיטה על כלכלה, סוציולוגיה, מדעי המוח ומדעי בעלי החיים"

 

במעבדתה של ד"ר פרטר חוקרים את הנושא של חישוב מבוזר ) )TDC
ואלגוריתמים במטרה להבין את הפעילויות המתבצעות ברשתות מבוזרות.
זהו תחום במדעי המחשב שבוחן כיצד מתבצעים התקשורת ותיאום
הפעילות בתוך מערכות המורכבות ממספר רב של חלקים. במערכות
מבוזרות, רכיבים נפרדים – שלכל אחד מהם מידע חלקי על הרשת הכללית
– מתקשרים ומשתפים פעולה סביב משימה חישובית משותפת.

ד"ר פרטר חותרת לפתח כלים חדשים, טכניקות ותכונות מבניות שקושרים
יחד משפחות של בעיות חישוביות, אשר נחקרות במסגרת התיאורטית
של מדעי המחשב. מומחיותה בייחוד בטופולוגיה של רשתות אלחוטיות,
כלומר, התשתית שמאפשרת למחשבים להתחבר זה עם זה ולשתף
פעולה ללא חיבור פיזי. הצוות במעבדה של מרב שואף להשיג יישומים
בעולם האמיתי אשר יגבירו את יעילותן רשתות אלחוטיות – בטלפונים,
באינטרנט ועוד – הודות לאלגוריתמים מתוחכמים יותר.

 

 

גיא כץ

זוכה פרס קריל 2021
האונ' העברית בירושלים

גיא כץ (Guy Katz) – אימות פורמלי של רשתות נוירונים עמוקות.

 

"חיינו תלויים במידה מסוימת ביכולת לבדוק את החישובים של המכונות שלנו. תוכנות מחשב מקיפות כבר כל אספקט בחיינו, אבל הן עדיין לא הגיעו לרמת שלמות שמאפשרת להן לפעול בלי טעויות (באגים). אולם, ייתכן כי יום יבוא, ומי ש"יכתוב" את האלגוריתמים המתוחכמים המאפשרים להפוך מכונות לאוטונומיות – יהיו מחשבים. כיצד נדע אם אפשר לסמוך על מכונית ללא נהג או מטוס ללא טייס? מרתקת אותי היכולת להשתמש בתוכנת מחשב כדי לבדוק את תקינותה המוחלטת של תוכנת מחשב אחרת. זה נראה כמו מעגל מוזר ("מי ישמור על השומרים?"), אבל מתברר שזה אפשרי, ואפילו עובד לא רע בהרבה מקרים. כשהתחלתי ללמוד לתואר מוסמך במכון ויצמן, נחשפתי לראשונה לתחום האימות הפורמלי, ומיד נשאבתי לתוכו."

ד"ר גיא כץ פיתח שיטה שיכולה לאמת את מידת הדיוק של תוכנות
מסוימות ש"כתבו" מכונות. אלה תוכנות הידועות כ"רשתות עצביות
עמוקות", בשל הדמיון בין המבנה שלהן לבין זה של תאי עצב במוח,
והן מיוצרות בדרך של "למידת מכונה", אשר מחקה את תהליך הלמידה
האנושית.

פיתוחים בלמידת מכונה עמוקה גרמו בשנים האחרונות למהפכה במדעי
המחשב, בכך שאפשרו למהנדסים לייצר )"ללמוד"( תוכנה בצורה
אוטומטית, באמצעות המחשב.

תוכנות שנלמדו אוטומטית משמשות כיום במערכות קריטיות בתחומי
הפיננסים, הרפואה, והנהיגה האוטונומית, ומשיגות ביצועים מדהימים,
העולים בהרבה על ביצועיהן של תוכנות שנכתבו ידנית. למרות הישגים
אלה, תוכנה נלמדת היא "אטומה": היא עובדת, אבל איננו מבינים מדוע
או איך, ובפרט איננו יכולים להשתכנע בנכונותה של תוכנה זו. זוהי בעיה
דחופה, משום שכבר התגלו תקלות חמורות בתוכנה נלמדת: למשל, כמה
מדבקות על תמרור "עצור" יכולות לגרום לתוכנה נלמדת לזיהוי תמונה
לסווגו בטעות כתמרור הגבלת מהירות.

במחקרו, ד"ר כץ מבקש לפתור את הבעיה הזו, ע"י פיתוח של שיטות
חדשות המסוגלות להוכיח בצורה מדויקת את נכונותה של תוכנה נלמדת
– ובכך להפוך תוכנה זו לבטוחה לשימוש במערכות קריטיות.

נעמי חביב

זוכת פרס קריל 2021
האונ' העברית בירושלים

נעמי חביב (Naomi Habib) – מציאת מנגנונים של מחלות במוח המזדקן : פיצוח הקוד להזדקנות בריאה.

 

"המוח הוא האיבר המרתק ביותר בגוף. אנחנו מנסים להבין במעבדה איך תאים שונים מדברים ביניהם במוח ואיך נעשית התקשורת עם הגוף – וכיצד כל זה מעורב בהתפתחות של מחלות ניווניות במוח המזדקן כמו מחלת האלצהיימר. כל שאלה בנפרד היא מרתקת – ויחד זה יוצר פאזל מורכב שמאוד מעניין לנסות לפצח אותו."

 

מחקרה של ד"ר חביב מתמקד בחשיפת המנגנונים המובילים למחלות מוח
הרסניות בגיל המבוגר, כמו מחלת אלצהיימר. כדי להתמודד עם אתגר
זה, המעבדה של ד"ר חביב מיישמת טכנולוגיות חדישות יחד עם מודלים
חישוביים כדי למפות שינויים מולקולריים ברזולוציה גבוהה, בכל תאי
המוח המזדקן. המיפוי שנעשה במעבדה עוזר לחשוף גורמים חדשים
למחלה וגם למולקולות מגן העשויות לקדם הזדקנות בריאה.

באופן ספציפי, בתוך המוח, חוקרת ד"ר חביב וצוותה את התקשורת בין
תאי מוח שונים, ומעבר לכך, אנו לומדים את ההשפעה של מערכת החיסון
ושל גורמי סיכון סביבתיים. ד"ר חביב שואפת לגשר על פער הידע במחקר
ההזדקנות על ידי פיתוח מודלים וטכנולוגיות ניסויים חדשים שיעזרו
למצוא אסטרטגיות טיפול או מניעה יעילות.

 

"במעבדה אנחנו מנסים לצחוק הרבה, בעיקר מהטעויות הקטנות שאנחנו עושים ביום יום. אני מוצאת שבגלל שיש הרבה ניסויים שנכשלים בדרך לגילויים וההמצאות, זה עוזר לקחת את הדברים קצת יותר בקלות ובהומור עצמי."

לירון ברק

זוכת פרס קריל 2021
אונ' תל-אביב

לירון ברק (Liron Barak) – חיפוש אחר פיזיקה חדשה.

 

"יש לי זכות לעסוק במה שאני אוהבת, לנסות לענות על שאלות בוערות והאפשרות לגלות חוקי טבע חדשים ולשנות את כל מה שאנחנו יודעים על עולם הפיזיקה."

ד״ר ברק מובילה קבוצת מחקר העוסקת בחיפוש אחר חלקיקים אלמנטריים
חדשים, שעדיין אינם מוכרים למדע.

פעילות זו מתבצעת בגלאי החלקיקים ״אטלס״ במרכז לחקר חלקיקים
הגדול ביותר בעולם, סרן. כדי לגלותם, ד"ר ברק והחוקרים בקבוצתה כחלק
מהתהליך לגילוי חלקיקים חדשים היא מפתחת אלגוריתמים חדשניים.
בנוסף, ברק הצטרפה לאחרונה למחקר חדש בארה״ב העוסק בחיפוש אחר
עדויות ניסיוניות לקיומו של ״החומר האפל״, אשר על פי השערות מהווה
כ 95%- מהמסה והאנרגיה ביקום.

המחקר נעשה באמצעות גלאים חדשניים שנעזרים בטכנולוגיית פיקסלים,
שנבנו במיוחד לצורך זה בארצות הברית. אם יתגלו חלקיקים חדשים או
חומר אפל, תהיה זו עדות ראשונה לקיומה של פיזיקה חדשה, שונה מזו
המוכרת למדענים.

תובנות: תחלמו, תעזו ואם סוגרים לכם דלת תיכנסו דרך החלון.."

יהושע ברבן

זוכה פרס קריל 2021
אונ' בן-גוריון שבנגב

יהושע ברבן (Joshua Baraban) – ספקטרוסקופיה של מולקולות ריאקטיביות.

 

"כל הצלחה של הסטודנטים שלי מרגשת אותי במיוחד , ובעיקר כשיש תוצאות חדשות ומעניינות. ולכן הטיפ הכי טוב שלי הוא לשתף פעולה באופן מדעי וחברתי, ולהשקיע בסטודנטים שלכם –אלה הדברים שמביאים הצלחה לכם ולעתיד המדע."

תוצרי ביניים ריאקטיביים הינם בעלי חשיבות מרכזית בכימיה, אולם קשה
ביותר לחקור אותם. לרדיקלים במיוחד ישנה חשיבות מהותית להבנה
יסודית של כימיה ופיזיקה, שכן המבנה האלקטרוני שלהם, המתאפיין
בקליפות מאוכלסות חלקית, מאתגר את ההנחות הבסיסיות ביותר שלנו
לגבי התנהגות מולקולרית קוונטית.

מטרת המחקר של ד"ר ברבן היא לפתח טכניקות, בעיקר ספקטרוסקופיות,
לאפיון צורונים אקזוטיים אלה בסביבות האנרגטיות ביותר האופייניות
להם. במעבדה מתכננים ובונים ריאקטורים על מנת לייצר צורונים
ריקאטיביים ולנטר אותם במהלך תגובותיהם הכימיות, תוך שילוב של
טכניקות אופטיות ולייזרים ברזולוציות גבוהות בספקטרום אורכי גל נרחב
עם שיטות זיהוי רגישות ומורכבות.

גישות אלו יאפשרו השגת מידע מסוג חדש, כמו בידוד של קינטיקה של
שלבים אלמנטריים ברשתות תגובות מורכבות, או אפיון של ספקטרא
ויברוני החושף את הצימוד בין דרגות חופש אלקטרוניות וגרעיניות
במערכות מולקולריות לא-אדיאבטיות.