Ηλεκτρονικό δέρμα μετατρέπει αισθήσεις σε ηλεκτρικά σήματα προς τον εγκέφαλο

Στις 18/5, στο επιστημονικό περιοδικό “Science”, παρουσιάστηκε το πρωτότυπο ενός ηλεκτρονικού δέρματος το οποίο μιμείται το ανθρώπινο, όμως για πρώτη φορά μπορεί να επικοινωνεί αυτά που αισθάνεται (π.χ. ζέστη, κρύο, πίεση, χημικές ουσίες κ.α.) απευθείας με τον εγκέφαλο. 

 

Το συγκεκριμένο ηλεκτρονικό δέρμα είναι αρκετά λεπτό (βλέπε φωτογραφία, διαθέσιμη από την ερευνητική ομάδα), μαλακό και εύκαμπτο όπως το κανονικό δέρμα, χωρίς το υλισμικό που χρειαζόταν σε προηγούμενες εκδοχές. Τα κυκλώματα που μετατρέπουν τις αισθήσεις σε ηλεκτρικά σήματα αναγνώσιμα από τον εγκέφαλο, βρίσκονται πάνω σε αυτό το λεπτό ηλεκτρονικό δέρμα (διακρίνονται και στη φωτογραφία). Αυτό το δέρμα με πάχος κάτω από 50 μικρόμετρα (1 μικρόμετρο = 0,000001 μέτρο ή ένα εκατομμυριοστό του μέτρου), αποτελείται από διαδοχικά λεπτότερα στρώματα (με πάχος της τάξης των δεκάδων νανομέτρων το καθένα) που το καθένα έχει το δικό του κύκλωμα το οποίο λειτουργεί ως υποδοχέας για κάποια αίσθηση (π.χ. ζέστη, κρύο, κ.α.)

 

Η ερευνητική ομάδα του Stanford αντιμετώπισε επιτυχώς δυο επιπλέον προκλήσεις. Να αποφύγει τη χρήση μεγαλύτερων συσκευών αλλά και να φτιάξει ένα εύκαμπτο ηλεκτρονικό κύκλωμα που λειτουργεί με ελάχιστη τάση (μόλις 5 V, αντί για πάνω από 30 V που χρειάζονταν άλλες εκδοχές).

Το ηλεκτρονικό δέρμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε προσθετικά μέλη νέας γενιάς που όχι μόνο αποκαθιστούν την κίνηση και τις λειτουργίες, αλλά παρέχουν αισθητική ανάδραση, κάτι που βοηθά τον χρήστη να ελέγχει την προσθετική συσκευή με ανεπανάληπτη ακρίβεια. Αυτό, σε συνδυασμό με καινοτόμες διεπαφές ανθρώπου-μηχανής (BMI, Brain-Machine Interface), θα δημιουργεί την αίσθηση ότι το προσθετικό μέλος είναι σαν «κανονικό». Ήδη η ερευνητική ομάδα εργάζεται προς την περαιτέρω βελτίωση και επέκταση της κατασκευής της.

 

Δημοσιευμένη Έρευνα: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade0086

 

Φωτογραφία: Jiancheng Lai και Weichen Wang -- Bao Research Group - Πανεπιστήμιο Stanford 

 

Περισσότερα για τα BMI/BCI, αλλά και τις εξελίξεις στην Επιστήμη και την Τεχνολογία τόσο στο άμεσο αλλά και στο βαθύ μέλλον, θα βρείτε στον τόμο ΙΙΙ του έργου «Τα φυσικά φαινόμενα», τον οποίο μπορείτε να αποκτήσετε από τη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής με ένα μήνυμα! Ρωτήστε μας!

 

 

 

Η επίδραση διαφόρων γονιδιακών παραγόντων στη μακροζωία

Σε έρευνα που δημοσιεύτηκε στα τέλη Σεπτέμβρη στο επιστημονικό περιοδικό Science, αναζητείται η επίδραση συγκεκριμένων γονιδίων στο προσδόκιμο ζωής και η σύνδεσή τους με τη μακροζωία. Η έρευνα διεξήχθη σε τουλάχιστον 3200 ποντίκια και βρέθηκαν διαφορές όσο αφορά τις συνέπειες διαφόρων γονιδιακών παραγόντων, ανάμεσα σε αρσενικά και θηλυκά ποντίκια, ενώ κάποιες από αυτές τις «ευεργετικές» γονιδιακές συνέπειες, επηρέαζαν τη διάρκεια ζωής μόνο εφόσον τα ποντίκια περνούσαν κάποιο συγκεκριμένο όριο ηλικίας.

 

Οι ερευνητές εξέτασαν και άλλους μηχανισμούς, μέσω των οποίων, τα «γονίδια μακροζωίας» μπορούσαν να δράσουν και βρήκαν μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ της διάρκειας ζωής και του ρυθμού ανάπτυξης στα νεαρά ποντίκια. Τα ποντίκια που αναπτύσσονταν γρηγορότερα μικρά, πέθαιναν νεότερα. Η ομάδα διαπίστωσε ότι μια χρωμοσωμική περιοχή στους ποντικούς, η οποία καθορίζει το προσδόκιμο ζωής τους, μπορεί να συνδέεται με αυτούς τους πρώιμους ρυθμούς ανάπτυξης.

 

Στη συνέχεια, η ομάδα χρησιμοποίησε δεδομένα από τη Βιοτράπεζα της Αγγλίας, για να βρει αυτήν την ισχυρή συσχέτιση και στους ανθρώπους. Οι άνθρωποι που μεγαλώνουν γρηγορότερα στην παιδική ηλικία, έχουν επίσης μικρότερη διάρκεια ζωής, πιθανώς επειδή συνεχίζουν να έχουν υψηλότερο δείκτη μάζας σώματος στην ενήλικη ζωή. Αυτά τα ευρήματα υποστηρίζουν την ιδέα ότι οι πρώιμοι ρυθμοί ανάπτυξης επηρεάζουν τη μακροζωία.

 

Δημοσιευμένη Έρευνα: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo3191

 

Πολλά περισσότερα και πολύ ενδιαφέροντα για τη μακροζωία, τις τελευταίες εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα, τους φυσικούς και τεχνητούς τρόπους για την αύξηση του προσδόκιμου ζωής, την αποτροπή εκδήλωσης ασθενειών και τους τρόπους με τους οποίους η ανθρωπότητα θα μπορούσε να προσεγγίσει την αθανασία μεσο-μακροπρόθεσμα, στον πιο συναρπαστικό τόμο της τριλογίας, τον τόμο ΙΙΙ του έργου «Τα φυσικά φαινόμενα», τον οποίο μπορείτε να αποκτήσετε από τη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής με ένα μήνυμα! Ρωτήστε μας!

 

 

Η μετάβαση στη φάση REM μέσω ντοπαμίνης

Η μετάβαση από τη φάση non-REM (χαλάρωση, πτώση θερμοκρασίας σώματος, πίεσης και καρδιακών παλμών, μυοχαλάρωση), στη φάση REM (όνειρα) του ύπνου, δεν έχει κατανοηθεί επαρκώς. Μια έρευνα που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science στις 3/3, έρχεται να ρίξει λίγο παραπάνω φως (μεταφορικά και κυριολεκτικά…) σε αυτό το θέμα.

 

Στα ποντίκια, η παραγωγή και μεταφορά μιας μικρής δόσης ντοπαμίνης από νευρωνικά κύτταρα στην αμυγδαλή (περιοχή του εγκεφάλου που αποτελείται από ομάδα νευρώνων η οποία μοιάζει με αμύγδαλο και συνδέεται με ενστικτώδεις λειτουργίες και συναισθήματα), οδηγούσε στη φάση REM αμέσως μετά.

 

Στη συνέχεια, οι ερευνητές, με αυτή τη γνώση, προσπάθησαν να προκαλέσουν τη φάση REM χρησιμοποιώντας τεχνικές οπτογενετικής. Την οπτογενετική την έχουμε δει και σε παλαιότερες αναρτήσεις μας και είναι η τεχνική ελέγχου φωτο-ευαίσθητων νευρώνων ή άλλων κυττάρων με τη χρήση φωτός (π.χ. laser). Η χρήση laser σε συγκεκριμένους εγκεφαλικούς νευρώνες των ποντικών, ενώ ήταν σε non-REM φάση, απελευθέρωνε ντοπαμίνη στην αμυγδαλή, με αποτέλεσμα τη μετάβαση σε φάση REM, επιβεβαιώνοντας με αυτόν τον τρόπο, αυτή τη σχέση αιτίου-αποτελέσματος ανάμεσα στη δόση ντοπαμίνης στην αμυγδαλή και τη μετάβαση στη φάση REM.

 

Η διέγερση των συγκεκριμένων νευρώνων, ώστε να παράγουν ντοπαμίνη, ενώ τα ποντίκια ήταν σε εκγρήγορση, έκανε τα ποντίκια να σταματούν να κινούνται και να περνούν σε φάση REM απευθείας. Αυτό οδήγησε τους ερευνητές να συμπεράνουν ότι τα ίδια νευρωνικά κύτταρα μπορεί να εμπλέκονται και στην εκδήλωση ναρκοληψίας (μια, ασυνήθιστη και, εν δυνάμει, επικίνδυνη νευρολογική ασθένεια) και ίσως βοηθήσουν και στη θεραπεία της, με τη γνώση από αυτήν την έρευνα. Ωστόσο, το αν οι οπτογενετικές τεχνικές έχουν στους ανθρώπους ανάλογο αποτέλεσμα με αυτό στα ποντίκια, θα το δείξει το μέλλον. 

 

Δημοσιευμένη Έρευνα: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo1987

 

Γράφημα: Τα στάδια του ύπνου (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sleep_Hypnogram.svg)

 

 

Το λεπτομερέστερο κλιματικό αρχείο της Γης

Στις 10/9, στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Science, δημοσιεύτηκε το πιο λεπτομερές κλιματικό αρχείο που έχουμε για τον πλανήτη μας ως σήμερα, μετά από εξαντλητικές μελέτες και διασταυρώσεις διαφόρων δειγμάτων. Το αρχείο αυτό πάει ως τα 66 εκατομμύρια έτη πριν το σήμερα και είναι τόσο λεπτομερές, ώστε να φαίνονται π.χ. οι επιδράσεις των κύκλων Milankovitch (μεταβολές στην κλίση του άξονα της Γης και στην εκκεντρότητα της τροχιάς της με χρονικό ορίζοντα μερικών χιλιάδων ετών) στο κλίμα της.

 

Για τη δημιουργία αυτού του λεπτομερούς αρχείου, πέρα από δείγματα πάγου, χρησιμοποιήθηκαν και ιζήματα από τους ωκεανούς, αλλά και κελύφη από μικροσκοπικό πλαγκτόν (foraminifera), τα οποία φέρουν πληροφορίες για το κλίμα παλαιότερων εποχών.

 

Όταν το κλίμα πλησιάζει σε πολύ ψυχρές (icehouse) ή πολύ θερμές περιόδους (hothouse), τότε γίνεται ιδιαίτερα ασταθές. Το θερμικό μέγιστο της Παλαιογενούς γεωλογικής περιόδου (PETM, ήτοι Paleocene–Eocene Thermal Maximum, δηλαδή θερμικό μέγιστο Παλαιοκαίνου – Ηωκαίνου), έχει συνδεθεί με την απελευθέρωση τεράστιων ποσοτήτων άνθρακα στην ατμόσφαιρα που αποδίδεται σε διάφορους φυσικούς παράγοντες (π.χ. ηφαίστεια). Στη δεξιά πλευρά, στο τέλος του γραφήματος, για σύγκριση, έχουν μπει και τα διάφορα σενάρια της ανθρωπογενούς παγκόσμιας θέρμανσης που, στη χειρότερη περίπτωση, σε βάθος δυο αιώνων, θα οδηγήσουν την μέση παγκόσμια θερμοκρασία στα επίπεδα του PETM, δηλαδή σε επίπεδα που ο πλανήτης έχει να δει τουλάχιστον 50 εκατομμύρια έτη. Φυσικά, ως τότε θα (πρέπει να) έχουμε βρει και εφαρμόσει αποδοτικές λύσεις.

 

Δημοσιευμένη Έρευνα: https://science.sciencemag.org/content/369/6509/1383

 

Γράφημα: Westerhold et al., CENOGRID

 

 

Η Ιώ και η εντυπωσιακή σκιά της στον Δία

Η Ιώ, ένας από τους τουλάχιστον 79 φυσικούς δορυφόρους του Δία, ρίχνει την σκιά της σε αυτόν, σε μια υπέροχη φωτογραφία του διαστημικού οχήματος Juno της NASA, στις 12/9.

Credits: NASA / JPL – Caltech / SwRI / MSSS – Kevin M. Gill

Οπτογενετική και ψευδής αντίληψη

Σε έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Science στις 18/7, οι επιστήμονες για πρώτη φορά δημιούργησαν ψευδή οπτική αντίληψη σε ποντίκια, χρησιμοποιώντας οπτογενετική, δηλαδή ενεργοποιώντας συγκεκριμένη ομάδα νευρώνων στον εγκέφαλό τους, με laser.

Με απλά λόγια, ενεργοποιώντας μια συγκεκριμένη ομάδα νευρώνων, τα ποντίκια αντιλαμβάνονταν πως έβλεπαν σχέδια και γραμμές μπροστά τους, τα οποία όμως δεν υπήρχαν στην πραγματικότητα.

Αυτού του είδους οι έρευνες μας δίνουν περισσότερη γνώση σχετικά με το πώς συγκεκριμένες ομάδες νευρώνων δημιουργούν τις εμπειρίες και τις μνήμες που έχουμε, στην (μακρά) διαδρομή για την πλήρη κατανόηση της λειτουργίας του εγκεφάλου μας.

Έρευνα: https://science.sciencemag.org/content/365/6453/eaaw5202?

Φωτογραφία: Ποντίκι περιεργάζεται τμήμα της συσκευής του εν λόγω πειράματος / Sean Quirin, James Marshel, Cephra Raja και K. Deisseroth / Πανεπιστήμιο του Stanford.