קנט סטיוארט קול

קנט סטיוארט קול
Kenneth Stewart Cole

לידה	יולי 10, 1900 איתקה, ניו-יורק
פטירה	אפריל 18, 1984 (בגיל 7) לה הויה, קליפורניה
ענף מדעי	ביופיסיקה, מדעי המוח
מקום לימודים	אוניברסיטת קורנל
מוסדות	אוניברסיטת קולומביה אוניברסיטת שיקגו Institute of Advanced Study המכון האוקיינוגרפי בוודס הול Naval Medical Research Center
תלמידי דוקטורט	David E. Goldman
פרסים והוקרה	מלגת גוגנהיים (1941) המדליה הלאומית למדעים (1967) חבר זר של החברה המלכותית (27 באפריל 1972) עמית האקדמיה האמריקאית לאמנויות ולמדעים עמית החברה הפיזיקלית האמריקאית
בת זוג	אליזבט אוונס רוברטס
צאצאים	2
תרומות עיקריות
משוואת קול, קיבוע מתח בתאים.

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.

ביוגרפיה

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 , 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.

מודל חשמלי של רקמה

קול הביא את השכלתו בפיזיקה לרקמה הביולוגית. הוא טען כי ניתן לראות ברקמה מעגל חשמלי בעל תכונות של התנגדות חשמלית וקיבול:

מודל של מעגל חשמלי עם מרכיבים של התנגדות וקיבול המייצג את הרקמה.

הפיזור והספיגה שלו מיוצגים על ידי הנוסחה האמפירית:

$\epsilon ^{*}-\epsilon _{\infty }={\dfrac {\epsilon _{0}-\epsilon _{\infty }}{1+(i\omega \tau _{0})^{1-\alpha }}}$

במשוואה הזו $\epsilon ^{*}$ הוא הקבוע הדיאלקטרי המורכב, ${\epsilon _{0}}$ ו $\epsilon _{\infty }$ הם הקבועים הדיאלקטריים "סטטיים" ו"תדר אינסופי", $\omega =2\pi$ פעמים מהתדירות, ו $\tau _{0}$ הוא זמן הרפיה כללי. הפרמטר $\alpha$ 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 $Z$ ניתן ע"י:

$Z=R_{\infty }+{\frac {R_{0}-R_{\infty }}{1+({\tfrac {jf}{f_{c}}})^{1-\alpha }}}$

איפה $R_{0}$ ו $R_{\infty }$ הן ההתנגדויות בתדר אפס (כלומר DC) ובאינסוף, בהתאמה. $f_{c}$ 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 $S$ נמצא בטור עם קבל $C$ והשילוב הזה ממוקם במקביל להתנגדות $R$. במקרה הזה $R_{0}=R$ ו $R_{\infty }\ ={\tfrac {RS}{R+S}}$. אפשר להראות ש $f_{c}$ ניתן על ידי $f_{c}={\tfrac {1}{2\pi C(R+S)}}$.

מדידות חשמליות ברקמות

בסדרה של מאמרים בשנות ה-30 - 1940, הוא תיאר ניסויים על התכונות החשמליות של רקמות חיות, כמו ניטלה , 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

תרשים סכמטי של מעגל קיבוע מתח.

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.