Μια σημαντική ανακάλυψη που θα μπορούσε μελλοντικά να βοηθήσει τα άτομα που πάσχουν από τραυματική εγκεφαλική βλάβη, Αλτσχάιμερ ή σχιζοφρένεια, έκαναν επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Southwestern στο Τέξας.

Η ομάδα εντόπισε τα χαρακτηριστικά περισσότερων από 100 νευρώνων που σχετίζονται με τη μνήμη οι οποίοι παίζουν κεντρικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος ανακαλεί τις αναμνήσεις. Ο Μπράντλεϊ Λέγκα, αναπληρωτής καθηγητής Νευρολογικής Χειρουργικής, Νευρολογίας και Ψυχιατρικής, δήλωσε ότι τα ευρήματά του, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό «NeuroImage», μπορεί να υποδείξουν νέες θεραπείες βαθιάς εγκεφαλικής διέγερσης για άλλες εγκεφαλικές παθήσεις και τραυματισμούς.

Το πιο σημαντικό εύρημα ήταν ότι η πυροδότηση συμβαίνει με διαφορετικό συγχρονισμό σε σχέση με την υπόλοιπη εγκεφαλική δραστηριότητα όταν ανακαλούνται οι αναμνήσεις. Αυτή η μικρή διαφορά στο συγχρονισμό, που ονομάζεται «μετατόπιση φάσης», δεν έχει παρατηρηθεί σε ανθρώπους στο παρελθόν. Τα αποτελέσματα αυτά εξηγούν πώς ο εγκέφαλος μπορεί να «ξαναβιώσει» ένα γεγονός, αλλά και πώς γνωρίζει αν μια μνήμη είναι νέα ή παλιά που έχει κωδικοποιηθεί.

«Πρόκειται για μερικά από τα πιο σαφή στοιχεία μέχρι σήμερα που μας δείχνουν πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος όσον αφορά την ανάκληση παλαιών αναμνήσεων, έναντι του σχηματισμού νέων αναμνήσεων», δήλωσε ο Δρ Lega.

Ο επιστήμονας εντόπισε 103 νευρώνες ευαίσθητους στη μνήμη που βρίσκονται στον ιππόκαμπο και τον ενδορινικο φλοιό του εγκεφάλου, οι οποίοι αυξάνουν τον ρυθμό δραστηριότητάς τους όταν η κωδικοποίηση της μνήμης είναι επιτυχής. Το ίδιο μοτίβο δραστηριότητας επαναλαμβανόταν όταν οι ασθενείς προσπαθούσαν να ανακαλέσουν τις ίδιες αναμνήσεις και ιδιαίτερα τις πολύ λεπτομερείς.

Αυτή η δραστηριότητα στον ιππόκαμπο μπορεί να έχει σχέση με τη σχιζοφρένεια, επειδή η δυσλειτουργία του ιππόκαμπου ευθύνεται για την αδυναμία των σχιζοφρενών να αποκρυπτογραφήσουν μεταξύ αναμνήσεων και παραισθήσεων ή ψευδαισθήσεων. Οι νευρώνες που εντόπισε ο επιστήμονας αποτελούν ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ που εξηγεί γιατί συμβαίνει αυτό, δήλωσε η Κάρολ Ταμίνγκα, καθηγήτρια και πρόεδρος Ψυχιατρικής, ειδική στη σχιζοφρένεια.

«Οι ψευδαισθήσεις και οι παραληρητικές ιδέες στα άτομα με ψυχωτική ασθένεια είναι πραγματικές αναμνήσεις, τις οποίες επεξεργάζονται τα νευρικά συστήματα μνήμης όπως και τις κανονικές, παρόλο που είναι αλλοιωμένες. Θα ήταν σημαντικό να βρούμε τον τρόπο να χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον μηχανισμό μετατόπισης φάσης για να τροποποιήσουμε τις αλλοιωμένες αναμνήσεις», δήλωσε η επιστήμονας.

Νέα στοιχεία που προέκυψαν όταν οι επιστήμονες εμφύτευσαν ηλεκτρόδια στους εγκεφάλους ασθενών με επιληψία για να χαρτογραφήσουν τις επιληπτικές κρίσεις τους, θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό νευρώνων που εμπλέκονται στη μνήμη. Σε αυτή τη μελέτη, 27 ασθενείς με επιληψία πραγματοποίησαν ασκήσεις μνήμης για τη δημιουργία δεδομένων σχετικά με την έρευνα του εγκεφάλου.

Η ανάλυση των δεδομένων δεν αποδεικνύει οριστικά, αλλά προσθέτει νέα στοιχεία στο σημαντικό μοντέλο μνήμης που ονομάζεται Separate Phases at Encoding And Retrieval (SPEAR) και το οποίο οι επιστήμονες ανέπτυξαν από μελέτες σε τρωκτικά.

Το μοντέλο SPEAR, το οποίο προβλέπει τη μετατόπιση φάσης που αναφέρθηκε στη μελέτη, αναπτύχθηκε για να μελετήσει πώς ο εγκέφαλος μπορεί να ξεχωρίζει τις νέες από τις παλιές αναμνήσεις, όταν προσπαθεί να ανακτήσει μια μνήμη. Προηγουμένως, τα μόνα στοιχεία που υποστήριζαν το SPEAR προέρχονταν από μοντέλα τρωκτικών.

ΠΗΓΗ

Οι επιστήμονες εντόπισαν τον βαθύτερο σεισμό που έχει καταγραφεί ποτέ, σε απόσταση 751 χιλιομέτρων κάτω από την επιφάνεια της Γης. Το βάθος αυτό τοποθετεί τον σεισμό στον κατώτερο μανδύα, όπου οι σεισμολόγοι ανέμεναν ότι θα ήταν αδύνατο να εκδηλωθεί. Αυτό συμβαίνει επειδή κάτω από ακραίες πιέσεις, τα πετρώματα είναι πιο πιθανό να λυγίσουν και να παραμορφωθούν, παρά να σπάσουν και να απελευθερώσουν ενέργεια.

Ωστόσο τα ορυκτά δεν συμπεριφέρονται πάντα ακριβώς όπως περιμένουμε, δήλωσε η Πάμελα Μπάρνλεϊ, καθηγήτρια γεωϋλικών στο Πανεπιστήμιο της Νεβάδα στο Λας Βέγκας, η οποία δεν συμμετείχε στην έρευνα. Αυτό που μπορεί να αποκαλύψει ο συγκεκριμένος σεισμός, είναι ότι τα όρια στο εσωτερικό της Γης είναι πιο ασαφή από ό,τι εκτιμούν οι επιστήμονες.

Ο σεισμός, που αναφέρθηκε για πρώτη φορά τον Ιούνιο στο περιοδικό «Geophysical Research Letters», ήταν ένας μικρός μετασεισμός ενός μεγαλύτερου σεισμού, μεγέθους 7,9 βαθμών της κλίμακας Ρίχτερ, που συγκλόνισε τα νησιά Μπονίν στα ανοικτά της ηπειρωτικής Ιαπωνίας το 2015. Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον σεισμολόγο Έρικ Κίζερ του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, εντόπισαν τον σεισμό χρησιμοποιώντας το δίκτυο Hi-net σεισμογράφων υψηλής ευαισθησίας της Ιαπωνίας.

Πρόκειται για το ισχυρότερο σύστημα ανίχνευσης σεισμών που χρησιμοποιείται σήμερα, δήλωσε ο Τζον Βιντέιλ, σεισμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας, ο οποίος επίσης δεν συμμετείχε στη μελέτη. Ο σεισμός ήταν μικρός και δεν μπορούσε να γίνει αισθητός στην επιφάνεια, οπότε οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ευαίσθητα όργανα για τον εντοπισμό του. Το βάθος του σεισμού πρέπει ακόμη να επιβεβαιωθεί από άλλους ερευνητές, δήλωσε ο Βίντειλ στο Live Science, αλλά το εύρημα φαίνεται αξιόπιστο.

Η συντριπτική πλειοψηφία των σεισμών είναι επιφανειακοί, ξεκινάνε από τον φλοιό και τον ανώτερο μανδύα της Γης μέσα στα πρώτα 100 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια. Στο φλοιό, ο οποίος εκτείνεται κατά μέσο όρο μόνο σε βάθος 20 χιλιομέτρων, τα πετρώματα είναι ψυχρά και εύθραυστα. Όταν αυτά τα πετρώματα υφίστανται πιέσεις, μπορούν να λυγίσουν λίγο πριν σπάσουν, απελευθερώνοντας ενέργεια, όπως ένα σπειροειδές ελατήριο.

Βαθύτερα στον φλοιό και τον κατώτερο μανδύα, τα πετρώματα είναι πιο θερμά και βρίσκονται υπό υψηλότερες πιέσεις, που σημαίνει ότι είναι λιγότερο πιθανό να σπάσουν. Σε αυτό το βάθος, οι σεισμοί μπορούν να εκδηλωθούν όταν οι υψηλές πιέσεις πιέζουν τους πόρους των πετρωμάτων, με αποτέλεσμα το υγρό που εμπεριέχουν να εκτοξευτεί προς τα έξω. Υπό αυτές τις συνθήκες, τα πετρώματα είναι πιθανόν να σπάσουν, δήλωσε η Μπάρνλεϊ.

Αυτή η θεωρία μπορεί να εξηγήσει τους σεισμούς σε βάθος 400 χιλιομέτρων στον ανώτερο μανδύα. Αλλά ακόμη και πριν από τον μετασεισμό του Μπονίν το 2015, οι επιστήμονες είχαν ανιχνεύσει σεισμούς στον κατώτερο μανδύα, στα 670 χιλιόμετρα. Αυτοί οι σεισμοί ήταν επί μακρόν μυστηριώδεις, δήλωσε η Μπάρνλεϊ. Οι πόροι στα πετρώματα που συγκρατούν νερό έχουν συμπιεστεί, οπότε τα ρευστά δεν αποτελούν πλέον αιτία.

Το πρόβλημα με τους σεισμούς σε βάθη 400 χιλιομέτρων έχει να κάνει με τους τρόπους με τους οποίους τα ορυκτά συμπεριφέρονται υπό πίεση. Μεγάλο μέρος του μανδύα του πλανήτη αποτελείται από ένα ορυκτό που ονομάζεται ολιβίνης, το οποίο είναι λαμπερό και πράσινο. Σε βάθος περίπου 400 χιλιομέτρων, οι πιέσεις προκάλεσαν την αναδιάταξη των ατόμων του ολιβίνη σε μια διαφορετική δομή, ένα μπλε ορυκτό που ονομάζεται βαντσλεϋίτης (wadsleyite).

Εκατό χιλιόμετρα βαθύτερα, το ορυκτό αυτό αναδιατάσσεται σε ρινγκουδίτη (ringwoodite). Τέλος, σε βάθος περίπου 680 χιλιομέτρων μέσα στο μανδύα, ο ρινγκουδίτης διασπάται σε δύο ορυκτά, τον μπριντγκμανίτη (bridgmanite) και τον περιδοτίτη (periclase). Οι γεωεπιστήμονες δεν μπορούν να ερευνήσουν τόσο βαθιά μέσα στη Γη, οπότε χρησιμοποιούν ειδικό εξοπλισμό για να αναπαραστήσουν ακραίες πιέσεις και να δημιουργήσουν αυτές τις αλλαγές στην επιφάνεια.

Επειδή τα σεισμικά κύματα κινούνται με διαφορετικό τρόπο μέσα σε διαφορετικές ορυκτές φάσεις, οι γεωφυσικοί μπορούν να δουν σημάδια αυτών των αλλαγών εξετάζοντας τις δονήσεις που προκαλούνται από μεγάλους σεισμούς.

Αυτή η τελευταία μετάβαση σηματοδοτεί το τέλος του ανώτερου μανδύα και την αρχή του κατώτερου. Αυτό που είναι σημαντικό σε αυτές τις ορυκτές φάσεις, είναι ότι η καθεμία συμπεριφέρεται διαφορετικά. Είναι παρόμοια με τον γραφίτη και τα διαμάντια, δήλωσε η επιστήμονας. Και τα δύο αποτελούνται από άνθρακα, αλλά σε διαφορετικές διατάξεις. Ο γραφίτης παραμένει σταθερός στην επιφάνεια της Γης, ενώ τα διαμάντια είναι σταθερά, βαθιά στο μανδύα. Και τα δύο συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά. Ο γραφίτης είναι μαλακός, γκρίζος και ολισθηρός, ενώ τα διαμάντια είναι εξαιρετικά σκληρά και διαυγή. Καθώς ο ολιβίνης μετατρέπεται στις φάσεις υψηλότερης πίεσης, είναι πιο πιθανό να λυγίσει και λιγότερο πιθανό να σπάσει με τρόπο που προκαλεί σεισμούς.

Οι γεωλόγοι προβληματίζονταν από τους σεισμούς στον ανώτερο μανδύα μέχρι τη δεκαετία του 1980 και ακόμη δεν συμφωνούν όλοι για το γιατί συμβαίνει εκεί. Η Μπάρνλεϊ και ο ορυκτολόγος Χάρι Γκριν βρήκαν μια πιθανή εξήγηση. Σε πειράματα τη δεκαετία του 1980, το ζευγάρι διαπίστωσε ότι οι ορυκτές φάσεις του ολιβίνη δεν σχηματίζονταν πάντα με τον ίδιο τρόπο. Σε ορισμένες συνθήκες, για παράδειγμα, ο ολιβίνης μπορεί να παραλείψει τη φάση του wadsleyite και να μετατραπεί κατευθείαν σε ringwoodite. Κατά τη μετάβαση από τον ολιβίνη στον ringwoodite- εάν υπάρχει αρκετή πίεση- το ορυκτό θα μπορούσε στην πραγματικότητα να σπάσει αντί να λυγίσει.

«Αν δεν συνέβαινε καμία μετατροπή στο δείγμα μου, δεν θα έσπαγε», δήλωσε η ερευνήτρια. «Αλλά τη στιγμή που συνέβαινε μετασχηματισμός και ταυτόχρονα το συμπίεζα, θα έσπαγε».

Οι δυο επιστήμονες αναφέρθηκαν στα ευρήματά τους σε άρθρο στο περιοδικό «Nature» το 1989, προτείνοντας ότι αυτή η πίεση στη μεταβατική ζώνη θα μπορούσε να εξηγήσει τους σεισμούς βαθύτερα από 400 χιλιόμετρα.

Ωστόσο, ο νέος σεισμός του Μπονίν βρίσκεται βαθύτερα από αυτή τη μεταβατική ζώνη. Σε βάθος 751 χιλιομέτρων, προήλθε από ένα σημείο που θα έπρεπε να βρίσκεται ακριβώς στον κατώτερο μανδύα. Μια εκδοχή είναι ότι το όριο μεταξύ του ανώτερου και του κατώτερου μανδύα στην περιοχή αυτή, δεν είναι ακριβώς εκεί που υπολογίζουν οι σεισμολόγοι, δήλωσε η Χάιντι Χιούστον, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας, η οποία δεν συμμετείχε στην έρευνα.

Η περιοχή στα ανοικτά του νησιού Μπονίν είναι μια ζώνη καταβύθισης όπου μια πλάκα ωκεάνιου φλοιού καταδύεται κάτω από μια πλάκα ηπειρωτικού φλοιού.

«Είναι ένα περίπλοκο μέρος, δεν ξέρουμε ακριβώς πού βρίσκεται αυτό το όριο μεταξύ του ανώτερου και του κατώτερου μανδύα», δήλωσε η Χιούστον στο Live Science.

Οι συγγραφείς του άρθρου υποστηρίζουν ότι η πλάκα του φλοιού που βυθίζεται, ίσως εγκαταστάθηκε πάνω στον κατώτερο μανδύα για να ασκήσει τεράστια πίεση στα πετρώματα, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί αρκετή θερμότητα και πίεση και να προκαλέσει ένα ασυνήθιστο σπάσιμο. Η Μπάρνλεϊ, ωστόσο, υποψιάζεται ότι η πιο πιθανή εξήγηση έχει να κάνει με την παράξενη συμπεριφορά των ορυκτών. Ο ηπειρωτικός φλοιός που βυθίζεται προς το κέντρο της Γης είναι πολύ ψυχρότερος από τα γύρω υλικά και αυτό σημαίνει ότι τα ορυκτά στην περιοχή μπορεί να μην είναι αρκετά θερμά ώστε να ολοκληρώσουν τις αλλαγές φάσης που υποτίθεται ότι πρέπει να κάνουν υπό μια δεδομένη πίεση.

Και πάλι, τα διαμάντια και ο γραφίτης είναι ένα καλό παράδειγμα, είπε η επιστήμονας. Τα διαμάντια δεν είναι σταθερά στην επιφάνεια της Γης, που σημαίνει ότι δεν θα σχηματίζονταν αυθόρμητα, αλλά δεν διασπώνται σε γραφίτη όταν τα βάζετε σε δαχτυλίδια αρραβώνων. Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας που χρειάζονται τα άτομα άνθρακα για να αναδιαταχθούν, και στις θερμοκρασίες της γήινης επιφάνειας, αυτή η ενέργεια δεν είναι διαθέσιμη.

Κάτι παρόμοιο μπορεί να συμβεί και με τον ολιβίνη. Το ορυκτό μπορεί να βρίσκεται υπό αρκετή πίεση ώστε να μετατραπεί σε μια μη εύθραυστη φάση, αλλά αν είναι πολύ κρύο μπορεί να παραμείνει στην ίδια κατάσταση. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί ένας σεισμός μπορεί να προέρχεται από τον κατώτερο φλοιό. Απλώς δεν είναι τόσο θερμά εκεί κάτω όσο πιστεύουν οι επιστήμονες.

Παρόλα αυτά, δεν πρόκειται για συχνό φαινόμενο, δήλωσε η Χιούστον. Βαθιοί σεισμοί έχουν καταγραφεί μόνο στις μισές ζώνες καταβύθισης σε όλο τον κόσμο και το είδος του μεγάλου σεισμού που προηγήθηκε αυτού του μετασεισμού, συμβαίνει μόνο κάθε δύο έως πέντε χρόνια, κατά μέσο όρο.

«Πρόκειται για ένα πολύ σπάνιο φαινόμενο», κατέληξε η επιστήμονας.

ΠΗΓΗ

Πρόκειται για μικροσκοπικές μορφές ζωής που αυτοσυναρμολογούν ένα σώμα από απλά κύτταρα βατράχου, δεν χρειάζονται μυς για να κινηθούν και διαθέτουν δυνατότητα μνήμης. Αυτές οι «κολεκτίβες» κυττάρων έχουν την ικανότητα να δουλεύουν μαζί σε σμήνη και στο μέλλον θα αναλαμβάνουν διάφορες δουλειές, όπως π.χ. το καθάρισμα των μικροπλαστικών ή άλλων ρύπων και σκουπιδιών από την ξηρά και τη θάλασσα.

Πέρυσι, μία ομάδα βιολόγων και ειδικών στους υπολογιστές από τα πανεπιστήμια Ταφτς και Βερμόντ είχαν δημιουργήσει τα πρώτα Xenobot 1.0, μικροσκοπικές βιολογικές μηχανές από κύτταρα βατράχου που ήταν ικανά να κινούνται, να σπρώχνουν κάποιο φορτίο και να εμφανίζουν ομαδική συμπεριφορά σε σμήνη με άλλα παρόμοια ρομπότ. Φέτος, τα νέα Xenobot 2.0 είναι βελτιωμένα, καθώς κινούνται πιο γρήγορα, είναι ικανά να πλοηγηθούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα και μπορούν να αυτοεπιδιορθωθούν εάν παρουσιάσουν κάποια βλάβη.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή Βιολογίας Μάικλ Λέβιν του Ταφτς, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό Ρομποτικής «Science Robotics», θεωρούν ότι η συγκεκριμένη τεχνολογία έχει τρομερό μέλλον και γι’ αυτό τα δύο συνεργαζόμενα αμερικανικά πανεπιστήμια μόλις δημιούργησαν το νέο Ινστιτούτο Οργανισμών Σχεδιασμένων από Υπολογιστή (ICDO), ώστε να δημιουργήσει ακόμη πιο εξελιγμένα ζωντανά ρομπότ.

Τα Xenobot έχουν πάρει το όνομά τους από το είδος βατράχου Xenopus laevis, από τα έμβρυα του οποίου προέρχονται τα κύτταρά τους. Τα νέα ρομπότ της γενιάς 2.0 ζουν τρεις έως επτά ημέρες περισσότερο από την προηγούμενη γενιά 1.0, η οποία έφθανε έως τις επτά ημέρες. Το σχήμα τους είναι σφαιροειδές (με μικρές τριχοειδείς προεκβολές που λειτουργούν σαν «πόδια» ή «προπέλες» κίνησης) και το μέγεθός τους φθάνει το μισό χιλιοστό προς το παρόν, ενώ το σώμα τους είναι πλήρως βιοδιασπώμενο όταν «πεθαίνουν».

Προηγούμενες προσπάθειες δημιουργίας ζωντανών ρομπότ είχαν εστιάσει στον ασύρματο έλεγχο ζώων (π.χ. κατσαρίδων), κάτι όμως που εγείρει ζητήματα βιοηθικής. Τα Xenobot διαφέρουν επειδή είναι μορφές αυτοδημιούργητες μόνο από κύτταρα, δεν έχουν νευρώνες και δεν μπορούν να θεωρηθούν ζώα, όμως, τι ακριβώς είναι; Έμβιοι οργανισμοί ή ρομπότ; Σε αυτό δεν υπάρχει σαφής απάντηση και αυτό προβληματίζει έντονα..

ΑΠΕ-ΜΠΕ, tufts.edu, iefimerida