הרקמות בגופנו מורכבות מסוגים שונים של תאים שמתקשרים אחד עם השני כדי לבצע משימות משותפות לטובת תפקוד הרקמה. הרקמות שונות אחת מן השנייה בהרכב התאים, במבנה המרחבי, ובתפקידן.

• מהם העקרונות המשותפים לכלל הרקמות?
• מה המאפיינים בתקשורת בין תאים הקריטיים לתפקודה התקין של הרקמה?
• אלו מחלות עלולות להתפתח אם מאפיינים אלו לא נשמרים?

במחקרנו אנו מפתחים שיטות חישוביות ומודלים מתמטיים ומנתחים דאטה ניסיוני כדי לגלות את העקרונות האוניברסליים בתקשורת הבין-תאית שחיוניים לתפקודה התקין של הרקמה.

מטרות המחקר המרכזיות של המעבדה שלנו מתמקדות בהבנה מעמיקה יותר של מנגנונים המעורבים בבקרה על ביטויו של הגנום המיטטוכונדריאלי בצמחים, בהתאמה לסיגנלים התפתחותיים וסביבתיים שונים.

אפיון של גורמי שעתוק חדשים המבקרים ביטוי גנים המקודדים חלבונים סטרואידוגניים בשחלות ורחם יונק בזמן ביוץ והתפתחות העובר במהלך ההריון.

מנגנוני דגרדציה של חלבונים מיטוכונדריאליים כאמצעי התגוננות בפני עקה הורמונלית.

מעורבות חלבונים סטרואידוגניים ברקמת שריר הלב שלאחר אוטם.

מנגנוני העברת סיגנל נוירונלי: הקשר המולקולרי בין תהליך שחרור נוירוטרנסמיטורים ותעלות הסידן. עקת חמצון (Oxidative stress): כיוון חדש להבנת מנגנוני מוות של תאים (apoptosis). פיתוח תרופות למחלות נוירודגנרטיביות מסוג אלצהיימר ופרקינסון. ביטוי חלבונים סינפטיים: סינטקסין, סיפטוטגמין, סינטוברבין ו-SNAP-25 ואפיון תפקידם בביצות מסוג Xenopus.

אנו מתמקדים בפענוח המנגנונים המיקרוביליים שאחראים להנעת המחזורים הביו-גאוכימים של הים.
אנו מתענינים בדרכים שבהן המיקרואורגניזמים, צורות החיים הזעירות ביותר, שורדים, מעצבים ומשפיעים על המיקרו-סביבה שלהם באמצעות צמיחה ואינטראקציה, תוך עיצוב בסיס המערכת האקולוגיות הימית.
 

פיתוח צורונים פעילים תמידית של מאפ-קינאזות ושימוש בהם ללימוד תהליך התפתחות מחלות דלקתיות וסרטניות. פיענוח המנגנונים השולטים בביטוי גנים בתנאי עקה. חקר ביטוי גני העקה בתאים המותמרים סרטנית.

פיתוח ויישום שיטות הדמייה ממוחשבות של חלבוני ממברנה; קביעת מבנה של חלבוני ממברנה בעזרת ספטרוסקופיה של אינפרא אדום; מבנה ותפקוד של תעלות יונים של וירוסים

הבנת המגנונים של בקרת תעופה בחרקים, פיתוח רובוטים בהשראת מערכות ביולוגיות

אינטראקציות בין תאים למטריצה בתהליכי התמיינות, דינמיקה מבנית ומולקולרית של מטריצת הגרעין

סוציוביולוגיה, בקרה חברתית על מקצב הפעילות ועל שינה, מנגנונים מולקולאריים של התנהגות חברתית, כרונוביולוגיה (שעונים ביולוגים), פיזיולוגיה של דבורת הדבש, אבולוציה של חברתיות בחרקים, הורמונים והתנהגות חברתית, מנגנוני הבקרה החברתיים והמולקולאריים הקובעים את גודל הגוף והכת בדבורים.

בשנים האחרונות חלה מהפכה במדעי המוח, ויחסי הגומלין שבין המוח לשאר מערכות הגוף נחקרים בניסיון להבין את הגורמים והפתרונות האפשריים למחלות מוחיות כמו שבץ, סרטן ואלצהיימר. אנו מתעניינים בעיקר בקשר שבין המעי למוח, ומנסים להבין כיצד תהליכים מטבוליים, ביוכימיים, נוירולוגיים והורמונליים שמתרחשים במעי יכולים להשפיע על תפקוד המוח, על הזדקנות ועל התפתחות מחלות נוירולוגיות.

• אקולוגיה מיקרוביאלית של סביבות קיצוניות
• איכות מיקרוביאלית של מים
• חיישנים מהודסים גנטית לניטור סביבתי

חקר פקטורי שעתוק ממשפחת ה-bHLH המבקרים את התפתחות העובר, בדגש על מערכת העצבים, הגפיים והאצבעות. אפיון תפקידם ברמה התאית וברמת האורגניזם השלם, תוך שמוש בעוברי עוף ועכברי נוק-אאוט וטרנסגנים.  מעורבות פקטורי השעתוק במחלות התפתחותיות ותורשתיות. 

התמיינות ומניפולציה גנטיות בתאי גזע עובריים מאדם ; מחלות תורשתיות באדם ותאי גזע עובריים ; אנליזה גנומית של התפתחות אדם ; התמרה גדולית של תאי גזע

הגנטיקה של הסרטן, שלבים ראשונים בהיווצרות התמרה סרטנית, מחזור התא, יציבות הגנום, התגובה התאית לנזקי דנ"א , תיקון נזקי דנ"א, הקשר בין אסטרוגן לסרטן

אקולוגיה של שונית האלמוגים. יחסי טורף-נטרף והשפעתם על מבנה החברה ותיפקודה. השפעת גורמים פיסיקליים על תהליכים ביולוגיים בים. אקולוגיה התנהגותית של פלנקטון ודגים. יישום שיטות אקוסטיות ואופטיות בחקר הים.

כיצד מתזמנים הצמחים 24 שעות? הדמיית רכיבי התנודה בשעון; זיהוי גנים חדשים הקשורים למנגנון השעון הביולוגי בצמחים.

אנו מעוניינים בדינמיקה של תהליכים אקו-אבולוציונים והאופן שבו ניתן להבין אותם מהתבוננות במידע גנומי. אנחנו ממדלים ומנתחים מידע גנומי של אוכלוסיות בבני אדם ומינים אחרים, בהקשר של שמירת טבע ופליאוגנומיקה. אנחנו גם מתעניינים בטכנולוגיה חדשה לטיפול במינים  מזיקים הנקראת gene drives, ואנו משתמשים במודלים על מנת להבין כיצד הקשרים אקולוגיים ישפיעו על השימוש בה.

אנחנו חוקרים את ביטוי הגנים בתהליך של רגנרציית גוף מלאה (יכולתם של יצורים מסוימים לגדל מחדש גוף שלם מחלק גוף לאחר חיתוך לכמה חלקים), תוך שימוש בבעל חיים עם מבנה גוף פשוט - שושנת-ים ממין נמטוסטלה.
הגנטיקה המולקולרית שבבסיס יכולת מופלאה זו של רגנרציה נבחנת וגם מושווית להתפתחות העוברית. תוך כדי המחקר גילינו גן שמעט ידוע על האבולוציה שלו ונמצא כי קשור ליכולת תנועת תאים בסרטנים אלימים מסוגים שונים באדם.

מנגנונים עצביים של הכאב הכרוני, תכונות הנוירון התחושתי לאחר פגיעה עצבית, מנגנונים מוחיים בבקרה על ערנות והכרה, הפרעות בתחושה בעקבות פגיעה עצבית, מסלולים מוחיים הקשורים לאבדן הכרה בהרדמה כללית

אקולוגיה תפקודית של מארגי מזון, אקולוגיה של עקה פסיולוגית, מנגנוני הגנה כנגד סיכוני טריפה, יחסי גומלין של מערכות אקולוגיות מעל ובתוך הקרקע, מלכודות אקולוגיות, סינדרומים התנהגותיים, אקולוגיה ואבולוציה של צבעים ודגמים בולטים המשמשים להגנה מטורף, מחקר זוחלים תוך התמקדות באקולוגיה של לטאות, אקולוגיה של מערכות צחיחות, שמירת טבע מערכתית ושיקום מערכות אקולוגיות פגועות.

מנגנונים מולקולריים המבקרים מטסטטיות של תאי לימפומה ממאירים למערכת העצבים המרכזית; מערכת החיסון במוח; מעורבות חלבונים רטרווירלים החודרים לגרעיון בבקרת הממאירות והכושר המחסן של תאי לימפומה; הכוונת (Targetting) גנים למוח ולעין. מנגונני קסנוגניזציה בתאים ממאירים.

• שליטה מוטורית בזרועות הגמישות של התמנון - השראה לרובוטיקה.
• נוירוביולוגיה של למידה וזיכרון בחסדי חוליות מתקדמים - התמנון.

תכונות תאי קליפת המוח הראייתית: עיבוד מידע ראייתי באזורים שונים של קליפת המוח. רשתות עצבים המשרתות זיכרון ולמידה של דמויות וסדר הופעתם; עבוד מידע מקבילי וטורי של ממדים שונים בתהליך הראייה וסיכום תוצאות עיבודים אלו; למידה במערכות סנסוריות; סיווגים ומושגים (categories and concepts) בתפיסה ראייתית; ראייה ותפישה מודעת ובלתי מודעת; הקשר בין התפיסה והמודעות;סיכום, דומיננטיות ועימות בין-עינית (ocular domonance, binocular rivalry and integration) תפיסה בחטף ותפיסה בהתבוננות; אסטראטגיות במשחקי תפיסה, זכרון וחשיבה; אשליות הראייה.

סינתזת פיגמנטים קרוטנואידים בצמחים; בקרה גנטית על ייצור חומרי טבע בפרי; שיבוט גנים מעגבנייה ואנליזה מולקולרית שלהם; עריכה גנומית (genome editing) בעגבנייה; ביוטכנולוגיה והנדסה גנטית של חומרי טבע בעגבנייה; מנגנוני הבקרה של ההורמון ABA בצמח. 

מנגנונים עצביים של זכרון לטווח קצר, דימות באמצעות fMRI של אזורים ראייתיים במוח האדם, השפעות קשב (Attention) על ביצוע משימות ראייתיות וביטויים ברמה העצבית.

1) חישוביות ודינמיקה תפקודית של הולכת אותות במעגלים עצביים ברזולוציה של תא עצב יחיד.  2) פלסטיות של רשתות עצביות (למשל בתהליכי למידה וזיכרון, הזדקנות, מחלות ניווניות)  3) שונות פנוטיפית: מה מקור השונות הגדולה בין פרטים הזהים גנטית? מחקר מהתבטאות גנים ודינמיקה של פעילות עצבית ועד להתנהגות  4) גנומיקה אבולוציונית ופונקציונלית: רשתות שעתוק והקשר בין ביטוי גנים ומבנה הגנום.

מנגנונים יוצרי תנודות בתאי עצב בודדים וברשתות עצבים; המבנה הפונקציונלי, המנגנונים התאיים והתפקיד העצבי של המוח הקטן; הפיסיולוגיה של השעון הצירקדיאני.

1. חוסר יציבות הגנום ככוח המניע של התפתחות סרטן – מנגנונים מולקולריים היוצרים עקת שכפול המובילה ליצירת שברים ב- DNA.
2. תרפיה מותאמת אישית לחולים נושאי מוטציות הגורמות למחלת הסיסטיק פיברוזיס (Cystic Fibrosis).

היכולת לרצף דנ"א מעצמות ומשיניים הביאה למהפכה ביכולתנו לקרוא את החומר הגנטי של אוכלוסיות קדומות כמו ניאנדרטלים וממותות. העבודה במעבדה מתמקדת במציאת השינויים האבולוציונים שהפכו אותנו לבני אדם מודרנים, בחקר אפיגנטיקה ביצורים קדומים, ובהבנת תהליכים אבולוציוניים והיסטוריים.

קבלת החלטות ולמידה מחוזקת, למידה מחוזקת ופלסטיות תאית, המבנה הפונקציונלי של קליפת המוח

העברת אותות ביוכימיים, טיפול ע"י מניפולציה של תהליכי העברת סיגנל, חקר הסרטן, כימיה מדיצינלית.

חישוביות עצבית, קידוד עצבי וחישוב על ידי דנדריטים, רעש עצבי, הבסיס העצבי של תקשורת קולית, ניתוח מידע עצבי בשיטות של תורת האנפורמציה.

תכונות מבניות וביולוגיות של מוטנטים פעילים של מולקולות MAP kinase חקר מערכות בעלות אפיניות גבוהה באמצעים מבניים, תכנון חלבונים, חקר מבנה של חלבון RACK1- הבנת אנטראקציות חלבון-חלבון, תכנון מעכבי קינאז,

• לפענח כיצד חיידקים מחוללי מחלה מתמרנים את הפיזולוגיה של המאחסן ואת מערכת החיסון על מנת לשנות את סביבת המעי, להתגבר על התחרות של חיידקי המיקרוביוטה, להשיג נוטריינטים, לשגשג ולעבור למאחסן הבא.  
• להבין כיצד מחלות מעי דלקתיות מתחילות ומתפתחות, וכיצד נשמר ומבוקר מעי בריא ותקין.  

• לשלוט בחיידק מחולל המחלה (על ידי גנטיקה חיידקית ושיטות בקטריאליות)
• לנתח את תגובות המאחסן (על ידי שימוש במודלים עכבריים שונים, תרופות, התערבויות תזונתיות, וכו')
• להנדס את המיקרוביוטה (על ידי שימוש בעכברים סטריליים, קהילות מיקרוביוטה מוגדרות, ואנליזה של המיקרוביוטה)

ארגון גלובלי של כל רצפי החלבונים, פיתוח גישות למיון וסווג אוטומטי של רצפים. נתוח מידע גנומי ופרוטאומי לפיתוח כלים להבנת קשר בין רצפי חלבונים ומבנם. חקר מעורבותם של חלבונים יחודיים בוסיקולות סינפטיות ובאתרי שחרור בסינפסה. שימוש בנוירוטוקסינים כגלאים לתהליכי שחרור במערכות עצבים. גישות פרוטאומיות לחקר בטוי חלבונים בתאי עצב מתפתחים. גישות גנומיות לחקר בטוי גנים בתאי-עצב מתמיינים.

1. ביולוגיה מבנית דינמית של חלבונים חסרי מבנה
2. האטיולוגיה המולקולרית של מחלת הפרקינסון וסינוקלאינופתיות אחרות
3. ביו-צברים והפרדת פאזות ביולוגית
4. פלואורוסנסציה ביולוגית

1) אבולוציה של מנגנוני בקרת ביטוי לאחר תעתוק בדגש על מיקרו-רנ"א ורנ"א קטן.
2) ביוכימיה של ארס שושנות ים והשפעת הסביבה ויחסי טורף/נטרף על הרכבו.
3) אבולוציה מולקולרית של גנים המקודדים לרעלנים חלבוניים בחיות.
4)אבולוציה של תעלות יוניות תלויות מתח ומערכת העצבים הקדמונית.

מהם מנגנוני הלמידה במח? פלסטיות מבנית ותפקודית בזמן למידה תפישתית, למידה של התנהגות חברתית ולמידה של התנהגות אמהית. חוש השמיעה – התפתחות, למידה ותפקוד. 

יצירות משאבה ביולוגית בעזרת הנדסה גנטית; מנגנונים מורכבים לאנגיוגנזה; סיגנלים המעורבים ברפרוגרמינג של גרעין מתאים סומטי; התמיינות ותפקוד של תאי גזע במצבים שונים; הזדקנות המערכת האפיגנטית.

אפיגנטיקה בתאי גזע, בהתמיינות נוירונאלית ובנוירונים, מודלים של מחלות נוירודגנרטיביות בעזרת תאי גזע פלוריפוטנטיים, פלאו-אפיגנטיקה: שחזור מתילציה בדנ"א קדום, הדמיה חיה של תהליכים דינמיים בגרעין התא של תאי גזע מתמיינים, רשתות ותהליכים מולקולריים בתאי גזע וסרטן.

המבנה של מערכת אור ה-1 (|PS I) ביצורים פוטוסינתטיים שונים: כחוליות, אצות ירוקות, צמחים עילאיים, קליטה והתארגנות של חלבוני מערכת האור I המקודדים בגרעין התא בתילקואידים - מחקר זה הכולל שיטות מולקולריות מתבסס על מערכות אל תאיות (in vitro), גנטיקה מולקולרית של חלבונים PS I והגנים המקודדים להם, 

1. אפיון מנגנוני שליטה מטבולית בכבד
2. התמיינות תאי גזע אנושיים
3. הנדסת רקמת כבד
4. Hepatitis C Virus (HCV)

אנו עוסקים במנגנונים מולקולרים של בקרת תרגום ומתמקדים במודיפיקציות של RNA כאלמנט מרכזי בבקרת תרגום.
אנו חוקרים את חשיבותם של מנגנונים אלה במהלך יצירת תאי דם (כדוריות דם אדומות, תאי חיסון, ועוד), בהתמרה סרטנית ובמחלות נגיפיות.

במחקר שלנו אנו משתמשים במגוון רחב של שיטות מולקולריות כגון ribosome profiling, ריצוף של מודיפיקציות RNA ומניפולציות גנטיות באמצעות CRISPR. את כל אלה אנו משלבים עם מודלים של יצירת תאי דם. לשם כך אנו משתמשים במערכות גידול תאי גזע, השתלות מוח עצם ומודלים של לוקמיה. 

תגובות של תאים במערכת השמיעה לצלילים מורכבים

הפצת זרעים ע"י הרוח: מודלים מכניסטים לסביבה הטרוגנית, בדגש הפצה ארוכת-טווח. מנגנוני מעבר גנים ודינמיקה של המבנה הגנטי ביערות טבעיים ונטועים. הפצת זרעים של צמחי פירות עסיסיים ע"י ציפורים ועטלפים. מודלים מכניסטים של תנועת בע"ח בסביבה הטרוגנית. כיצד שוני בתכונות טורפי זרעים מעצב דגמי התחדשות באוכלוסיות צמחים? תהליכי קבלת החלטות בציפורים נודדות: השפעת גורמי הסביבה על מהירות ואופן המעוף.

הבסיס המולקולרי לשינויים בדגם המתילציה של דנ"א בגידולים סרטניים, השפעת המתילציה של דנ"א של שעתוק ופעילות טרנספוזונים באדם, היסטונים ומודיפיקציות של היסטונים ומעורבותם בבקרת ביטוי של גנים,

ביואנרגטיקה, ביפיסיקה, ביוכימיה של Na+/H+ antiporters, טרנספורטרים עיקריים המעורבים בהומאוסטזיס של   +Na+/ H  בכל התאים. הומולוגים באדם מהוים אתר תרופות. פיזיולוגיה מולקולרית של הסתגלות ל-pH ומליחות.

הסביבה הימית מאותגרת על ידי שינויים סביבתיים גלובליים ומקומיים. מעבדתנו עוסקת בהבנת תהליכים המעצבים חברות ימיות תחת תרחישי שינוי סביבתי. מתצפיות בים למערכות אקווריום מבוקרות וניסויים במעבדה, קבוצתנו פועלת להבין תהליכים ותופעות שיעצבו את הסביבה הימית בשנים הבאות.

הבנה מערכתית של התהליכים המעצבים את ההרכב של חברות חיידקים טבעיות, בפרט המיקרוביום הצמחי.
אנחנו מנסים להבין כיצד ההקשר הסביבתי, במיוחד יחסי גומלין בין חיידקים לבין עצמם, משפעים על הרכב המיקרוביום ועל הבריאות והאקולוגיה של צמחים.

המעבדה מתמקדת בחקר דיפרנציאציה אקולוגית ותאית במהלך שלבים שונים של מחזור החיים, הבנת התפקיד של כל שלב ויחסי הגומלין עם אורגניזמים ימיים אחרים, וכן חיפוש אחר גורמים הקשורים לוויסות המעבר בין השלבים השונים של מחזור החיים.

מחקר באבולוציה של פרוקי רגליים תוך שימוש במגוון מקורות מידע: ביולוגיה התפתחותית השוואתית, גנומיקה השוואתית, חקר מאובנים וסיסטמטיקה.

• להבין כיצד מערכת החיסון הנרכשת (adaptive immune system) מזהה באופן ספציפי ומנטרלת את נגיף הצהבת מסוג סי. 
• לפענח את האינטראקציות בין חלבוני המעטפת של נגיף הצהבת מסוג סי והרצפטורים של התא המאכסן.
• לפענח את מנגנון הכניסה של נגיף הצהבת מסוג סי ושל נגיפים ממשפחת ה hepaciviruses. 

1. Single cell RNA-Seq
2. CRISPR/Cas9  
3. אנליזות גנומיות 
4. מיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה 

מנגנון הפעולה והבקרה על פעילות הטלומרז. ; המבנה התלת-מימדי ותפקידיו של מרכיב ה-RNA בקומפלקס הטלומרז. ; מבנהו ותפקידיו של קצה הטלומר. ; מחלות גנטיות הנגרמות כתוצאה מפגיעה בתפקוד הטלומרים.

במעבדה משולבות מגוון טכניקות מולקולריות, אלקטרופיזיולוגיות והתנהגותיות לצורך הבנת הארגון הפונקציונלי של הרשתות הגנטיות והעצביות התומכות בפלסטיות של מערכת העצבים.

שימוש בכלים חישוביים לזיהוי מערכי שטחים מתאימים לשמירה על מגוון ביולוגי (Biodiversity). מנגנוני ויסות של עושר מינים בחברות אקולוגיות (מחקר ניסויי ותיאורטי) פיתוח מודלים מבוססי GIS לניבוי דגמי תפוצה של צמחים ובעלי חיים. השלכות של שינויי אקלים על מערכות אקולוגיות בהקשר של שמירת טבע. ניתוח שינויי צומח באמצעות עיבוד ממוחשב של תצלומי אויר. שילוב של טכנולוגיות GIS ואינטרנט לפיתוח מערכות מידע על מגוון ביולוגי

תהליכים אקולוגיים ואבולוציוניים במערכות שונות:

• השפעת המיקרוביום על אקולוגיה ואבולוציה של המאחסן;
• מקומם של שינויים א-גנטיים באדפטציה לסביבות חדשות;
• דינמיקה של אוכלוסיות אנושיות פרהיסטוריות ואבולוציה תרבותית;
• דינמיקה של אוכלוסיות וגנטיקה של אוכלוסיות בשמירת טבע;
• מסדרונות אקולוגיים ומלכודות אקולוגיות; אקולוגיה התנהגותית;
• מינים פולשים; אבולוציה של שפה וקוגניציה; אקולוגיה ואבולוציה של אוכלוסיות מקוטעות.

אנו חוקרים כיצד מערכות אקולוגיות מסוימות מכילות מאות מינים דומים בשטח קטן, בעוד שבאחרות יש רק קומץ? מדוע מערכות אקולוגיות משתנות בזמן ובמרחב, ומה השינויים האלה יכולים ללמד אותנו? ואיך אפשר להשתמש במדעי הנתונים ובמודלים כדי לחקור את המערכות המורכבות האלה?

ביולוגיה מבנית של קומפלקסים גדולים מאוד. ספקטרוסקופית מסות. ביולוגיה מבנית חישובית המשלבת מקורות אינפורמציה שונים. חיזוי מבנה חלבונים.

קבוצת המחקר עוסקת באינטראקציה של אורגניזמים פוטוסינתטיים עם תנאי סביבה טבעיים. המעבדה שלנו עובדת כעת על שני היבטים של בעיה זו (א) הובלה, אחסון והרכבה של מתכות מעבר למערכות פוטוסינתטיות (ב) הבנת העקרונות הביו-פיזיקליים של לכידת אנרגיה והובלת אלקטרונים במערכות פוטוסינתטיות.

אנליזה רחבת היקף של אותות לפירוק של חלבוני התא שאינם מקופלים כראוי ותרומתם של חלבונים צ'פרונים  לתהליך זה.

מנגנונים מולקולריים של וויסות קיפול חלבונים בתא ותגובה למצבי עקה שונים, ביולוגיה מערכתית של בקרת חמצון בתא ובאורגניזם שלם, חקר מנגנוני פעולה של שפרונים בעלי פלסטיסיות רגולטורית ועיצוב של שפרונים חדשים, קשר בין קיפול חלבונים ומצבי עקה בפרזיטים מסוג Trypanosoma, ביולוגיה חישובית ונסיונית פרוטאומיקה, mass spectrometry

1. כיצד מבקרים פקטורים אפיגנטיים תהליכי התמיינות
2. פיתוח טכנולוגיות למדידות אפיגנומיות בתאים בודדים

מקורות רעש בתאי עצב והשפעתם על קיבולת האינפורמציה העצבית ; הולכת סיגנלים חשמליים בעצים דנדריטיים המכילים תעלות אקסיטביליות "Hot Spots": התנאים להגברה סינפטית, פעולות לוגיות וחישובים אלמנטריים על פני העץ הדנדריטי; ניתוח, באמצעות סימולצית מחשב, של השפעת קלט מאסיבי על התנהגותו החשמלית של תא העצב; תהליכי עיבוד מידע במעגלים קורטיקלים ריאליסטיים. שילוב של עבודה ניסויית על חתכים מקליפת המוח ועבודה תאורטית לסימולציה של עיבוד מידע ברשת קורטיקלית; מנגנונים תאיים ליצירת אוסצילציות חשמליות בתאי עצב וברשתות עצביות (בשיתוף עם פרופ' י. ירום); שיטות אנליטיות לתיאור פשוט מבחינה מתמטית של יחסי הפלט-קלט בתא עצב מורכב.

שרשרות רנ"א קצרות כגורמי בקרה במערכת העצבים: תלות בגיל, מין, מצבי לחץ ומחלות ניוון עצבי.

עיצוב חלבונים, אינטראקציות חלבון-חלבון, ביולוגיה חישובית.

גנטיקה של אוטיזם וסכיזופרניה;  תפקיד של בקרי כרומטין בהתפתחות ותפקוד המוח; גנטיקה של השונות בבטוי גנים

בקרת המיוזה בשמר כתהליך התמיינות תאי. תיקון דנ"א בשמרים ובצמחים. אזורי אי-יציבות בגנום האנושי. תהליך הרקומבינציה במיוזה.