קנט סטיוארט קול

קנת סטיוארט קול (באנגלית: Kenneth Stewart Cole;‏ 10 ביולי 1900 – 18 באפריל 1984) היה ביופיזיקאי אמריקאי שתואר על ידי חבריו כ"חלוץ ביישום מדע הפיזיקה לביולוגיה". לקול הוענק המדליה הלאומית למדע בשנת 1967. הוא נולד ב-10 ביולי 1900 באיתקה, ניו יורק, לצ'ארלס נלסון קול, מורה ללטינית באוניברסיטת קורנל ומייבל סטיוארט. לקנת היה אח צעיר יותר, רוברט ה. קול, איתו היה ביחסים קרובים מאד לאורך כל חייו למרות הפרש גיל גדול. הם היו אפילו שותפים לארבעה מאמרים שפורסמו בין השנים 1936 ל-1942 בשנת 1902 עברה המשפחה לאוברלין, אוהיו, כאשר אביו קיבל תפקיד במכללת אוברלין. בשלב מאוחר יותר התמנה אביו לדיקן במכללה. קול סיים את לימודי התואר הראשון במכללת אוברלין ב-1922, והמשיך ללימודי דוקטורט בפיזיקה באוניברסיטת קורנל בהנחיית פלויד ק. ריכטמייר. הוא קיבל את התואר דוקטור בפיזיקה ב-1926. במהלך לימודיו בילה מספר תקופות של חופשת הקיץ בעבודה במעבדת ג'נרל אלקטריק ב-Schenectady, ניו יורק. בשנת 1932 התחתן קנת קול עם אליזבת אוונס רוברטס, עורכת דין. בשנים מאוחרות יותר עסקה עבודתה בעיקר בזכויות אזרח, ובשנת 1957 היא הצטרפה לצוות הנציבות של ארצות הברית לזכויות האזרח קול הצטרף לסגל של אוניברסיטת קולומביה ב-1937 ונשאר שם עד 1946. הוא היה קשור מקצועית גם לבית החולים הפרסביטריאני ולקרן גוגנהיים ללימודים מתקדמים באוניברסיטת פרינסטון ולאחר מכן לאוניברסיטת שיקגו. מ-1949 עד 1954 הוא היה המנהל הטכני של המכון לחקר הרפואה הימית בבת'סדה, מרילנד. בשנת 1954 הפך לראש המעבדה לביופיזיקה של המכון הלאומי לרפואה (אנ'), למחלות נוירולוגיות ועיוורון. לקול הייתה תרומה חשובה לגילוי המנגנון היוני מאחורי הדחף העצבי המשמש להולכת האותות בתאי העצב, תגלית שזיכתה מאוחר יותר בפרס נובל את אלן ל. הודג'קין ואנדרו פ. האקסלי ב-1963. קול נבחר כעמית של האגודה האמריקנית לפיזיקה ב-1931, חבר באקדמיה הלאומית למדעים ב-1956, ועמית באקדמיה האמריקאית לאמנויות ומדעים ב-1964 הוא זכה במדליה הלאומית למדע בשנת 1967, ובציטוט מההמלצות לפרס, נכתב: "כתוצאה מעבודתו אנו יודעים הרבה יותר על אופן פעולת מערכת העצבים." בשנת 1972 הוא מונה לחבר בחברה המלכותית של לונדון. האגודה הביופיזיקלית מעניקה עד היום את מדליית קנת ס. קול למדען מצטיין החוקר את קרום התא. בשנת 1980 הוא הפך לפרופסור נלווה במחלקה למדעי המוח במכון סקריפס לאוקיינוגרפיה בסן דייגו. היה לו בן, רוג'ר בריילי קול, ובת, שרה רוברטס קול. הוא מת ב-18 באפריל 1984 בלה הויה, קליפורניה. קול הביא את השכלתו בפיזיקה לרקמה הביולוגית. הוא טען כי ניתן לראות ברקמה מעגל חשמלי בעל תכונות של התנגדות חשמלית וקיבול: הפיזור והספיגה שלו מיוצגים על ידי הנוסחה האמפירית: ϵ ∗ − ϵ ∞ = ϵ 0 − ϵ ∞ 1 + ( i ω τ 0 ) 1 − α {\displaystyle \epsilon ^{*}-\epsilon _{\infty }={\dfrac {\epsilon _{0}-\epsilon _{\infty }}{1+(i\omega \tau _{0})^{1-\alpha }}}} במשוואה הזו ϵ ∗ {\displaystyle \epsilon ^{*}} הוא הקבוע הדיאלקטרי המורכב, ϵ 0 {\displaystyle {\epsilon _{0}}} ו ϵ ∞ {\displaystyle \epsilon _{\infty }} הם הקבועים הדיאלקטריים "סטטיים" ו"תדר אינסופי", ω = 2 π {\displaystyle \omega =2\pi } פעמים מהתדירות, ו τ 0 {\displaystyle \tau _{0}} הוא זמן הרפיה כללי. הפרמטר α {\displaystyle \alpha } יכול להניח ערכים בין 0 ל-1, הערך הקודם נותן את התוצאה של Debye עבור דיאלקטריות קוטביות. ביטוי זה מחייב שהמיקום של הקבוע הדיאלקטרי במישור המורכב יהיה קשת מעגלית עם נקודות קצה על ציר הממשיים ומרכזה מתחת לציר. ראוי להדגיש שמודל קול הוא מודל ניסיוני של הנתונים הנמדדים. הוא יושם בהצלחה על מגוון רחב של רקמות במהלך 60 השנים האחרונות, אך הוא אינו נותן מידע על הגורמים הבסיסיים בבסיס התופעות הנמדדות. מספר מקורות בספרות משתמשים בצורה של משוואת Cole הכתובה במונחים של Impedence במקום ה-complex permittivity. העכבה Z {\displaystyle Z} ניתן ע"י: Z = R ∞ + R 0 − R ∞ 1 + ( j f f c ) 1 − α {\displaystyle Z=R_{\infty }+{\frac {R_{0}-R_{\infty }}{1+({\tfrac {jf}{f_{c}}})^{1-\alpha }}}} איפה R 0 {\displaystyle R_{0}} ו R ∞ {\displaystyle R_{\infty }} הן ההתנגדויות בתדר אפס (כלומר DC) ובאינסוף, בהתאמה. f c {\displaystyle f_{c}} מכונה לעיתים קרובות התדר האופייני. התדירות האופיינית אינה זהה כאשר הניתוח מתבצע במונחים של ה-complex permittivity. פירוש פשוט של המשוואה לעיל היא במונחים של מעגל שבו התנגדות S {\displaystyle S} נמצא בטור עם קבל C {\displaystyle C} והשילוב הזה ממוקם במקביל להתנגדות R {\displaystyle R} . במקרה הזה R 0 = R {\displaystyle R_{0}=R} ו R ∞   = R S R + S {\displaystyle R_{\infty }\ ={\tfrac {RS}{R+S}}} . אפשר להראות ש f c {\displaystyle f_{c}} ניתן על ידי f c = 1 2 π C ( R + S ) {\displaystyle f_{c}={\tfrac {1}{2\pi C(R+S)}}} . בסדרה של מאמרים בשנות ה-30 - 1940, הוא תיאר ניסויים על התכונות החשמליות של רקמות חיות, כמו ניטלה (אנ'), ביצי צפרדעים, ובאופן המפורסם ביותר, האקסון הענק של דיונונים. קול היה זה שהציג לאלן הודג'קין בעת שזה ביקר במעבדתו בוודס הול ב-1938, את האקסון הענק עליו נעשתה העבודה המפורסמת. איור 4 של משמש לעיתים כייצוגים אמנותיים של ביופיזיקה. הוא גם הופיע, מסובב 90 מעלות, בדירות שוודיות כאמנות מודרנית. קיבוע מתח הוא שיטה ניסיונית המשמשת אלקטרופיזיולוגים למדוד זרמים יוניים דרך הקרום של תאים אקסיטביליים כמו תאי עצב, בעוד המתח על פני קרום התא נשמר קבוע באמצעות מעגל משוב אלקטרוני. הרעיון לשיטה מיוחס לקנט קול וגורג' מרמונט, שפיתחו את השיטה באביב 1947. הם הכניסו אלקטרודה לאקסון הענק של הדיונון והזרימו דרכה זרם. קול עצמו הבין כי ניתן להשתמש בשתי אלקטרודות ומעגל משוב כדי לשמור את המתח בין שני צידי קרום התא קבוע ברמה הנקבעת על ידי הנסיין, ובכך לבודד ולמדוד את הזרם העובר דרך הרקמה. קול שהבין את פריצת הדרך שבידיו, עבד באינטנסיביות לרשום זרמים יוניים. אלן הודג'קין בביקורו אצל קול נחשף לשיטה, ויישם אותה במהירות עם עמיתיו האקסלי וכץ, והוכיחו את המנגנון היוני מאחורי הדחף העצבי בדסרה של 5 מאמרים בשנת 1952, תגלית עליה קיבלו את פרס נובל. Goldman, D.E. 1985. Kenneth S. Cole 1900-1984. Biophysical Journal 47:859-860 "Kenneth Cole, 83, Scientist, is Dead". New York Times. 20 באפריל 1984. Kenneth S. Cole, winner of the National Medal of Science and a pioneer in the study of the electrical properties of nerves and other living cells, died Wednesday at the Wesley Palms Retirement Home in La Jolla, California He was 83 years old. Dr. Cole, known as the father of biophysics, was one of the first scientists to apply the concepts and techniques of physics to the study of the excitation and response of living cells. His studies of electrical resistance in nerve cells, especially those of squid, laid the foundation for the rapid advance of neurophysiology in the 1930s and 1940s. {{cite news}}: (עזרה) Schwan HP. 2001. The concept of bioimpedance from the start: evolution and personal historical reminiscences. Proc. IX Bioimpedance Conf., Oslo, Norway Huxley, Andrew. "Kenneth Stewart Cole". נבדק ב-2007-06-14. "APS Fellow Archive". American Physical Society. (search on year 1931 and institution Columbia University) "Kenneth S. Cole". National Academy of Sciences. נבדק ב-18 בספטמבר 2016. {{cite web}}: (עזרה) "Book of Members, 1780–2010: Chapter C" (PDF). American Academy of Arts and Sciences. נבדק ב-18 בספטמבר 2016. {{cite web}}: (עזרה) Brown, B H; Smallwood, R H; Barber, D C; Lawford, P V; Hose, D R (1999). Medical Physics And Biomedical Engineering. Turtleback Books. p. 736. ISBN 9780613919692. Cole, K. S.; Curtis, H. J. (1938-09-20). "Electric Impedance of Nitella During Activity". The Journal of General Physiology. 22 (1): 37–64. doi:10.1085/jgp.22.1.37. ISSN 0022-1295. PMC 2213729. PMID 19873091. Cole, Kenneth S.; Guttman, Rita M. (1942-05-20). "Electric Impedance of the Frog Egg". The Journal of General Physiology. 25 (5): 765–775. doi:10.1085/jgp.25.5.765. ISSN 0022-1295. PMC 2142534. PMID 19873312. Cole, K. S.; Curtis, H. J. (1939-05-20). "Electric Impedance of the Squid Giant Axon During Activity". The Journal of General Physiology. 22 (5): 649–670. doi:10.1085/jgp.22.5.649. ISSN 0022-1295. PMC 2142006. PMID 19873125. Cole, K. S.; Hodgkin, A. L. (1939-05-20). "Membrane and Protoplasm Resistance in the Squid Giant Axon". The Journal of General Physiology. 22 (5): 671–687. doi:10.1085/jgp.22.5.671. ISSN 0022-1295. PMC 2142005. PMID 19873126. "Kacy Cole". www.sas.upenn.edu. נבדק ב-2023-05-06.