Πυρηνικές βόμβες φωτίζουν τα μυστήρια του εγκεφάλου. Atomic Bombs Help Solve Brain Mystery

Οι πυρηνικές βόμβες λύνουν το μυστήριο της γέννησης νέων νευρώνων. Nuclear fallout. Radioactive carbon-14 atoms released by atomic bombs are helping scientists determine the birthdays of new neurons in the hippocampus (inset). Credit: Spalding et al., Cell (2013);(inset) Weissman, Livet, Sanes, and Lichtman/Harvard University

Μπορεί μια ατομική βόμβα να έχει σχέση με τον εγκέφαλο και μάλιστα ενός ανθρώπου που γεννήθηκε δεκαετίες μετά την έκρηξή της; Όσο κι αν φαίνεται παράξενο, μια διεθνής επιστημονική ομάδα χρησιμοποίησε στοιχεία από τις πυρηνικές δοκιμές του Ψυχρού Πολέμου στις δεκαετίες του ΄50 και του ΄60 για να αποδείξει ότι οι εγκέφαλοι των ενήλικων ανθρώπων συνεχίζουν να γεννούν νέα κύτταρα (νευρώνες).

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Γιόνας Φρίζεν και την Κίρστι Σπάλντινγκ του σουηδικού πανεπιστημιακού Ινστιτούτου Καρολίνσκα της Στοκχόλμης, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό βιολογίας «Cell» (Κύτταρο), σύμφωνα με το «Science», θέλησαν να δώσουν μια οριστική απάντηση στο επίμαχο έως τώρα ερώτημα αν ο ενήλικος εγκέφαλος γεννά νέα κύτταρα, κάτι που έχει αποδειχτεί σε πειραματόζωα, αλλά όχι στους ανθρώπους με βεβαιότητα.

Εδώ και χρόνια είναι γνωστό ότι οι νευρώνες, υπό την επίδραση των νέων εμπειριών και του ερεθισμάτων του περιβάλλοντος, δημιουργούν συνεχώς νέες διασυνδέσεις (συνάψεις) μεταξύ τους καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής (η λεγόμενη «πλαστικότητα» του εγκεφάλου). Όμως δεν ήταν εξίσου σίγουρο ότι νέα νευρικά κύτταρα δημιουργούνται εκ του μηδενός από τη γέννηση έως τον θάνατο του ανθρώπου.

A medium spiny neuron with extensive dendrites, or projections that enable it to communicate with other brain cells.

Οι επιστήμονες έδειξαν πλέον ότι όντως ένας σημαντικός αριθμός νέων νευρώνων δημιουργείται καθημερινά στον ιππόκαμπο, τη ζωτική για τη συνειδητή μνήμη και τη μάθηση, περιοχή του εγκεφάλου. Η τεχνική τους ήταν πολύ πρωτότυπη, επειδή βασίστηκε στη μέτρηση της ποσότητας του άνθρακα-14 που έχει εισέλθει στον οργανισμό των ανθρώπων, εξαιτίας των αλλεπάλληλων επιφανειακών πυρηνικών δοκιμών που έγιναν πριν από περίπου μισό αιώνα.

«Εθεωρείτο για πολύ καιρό ότι γεννιόμαστε με έναν ορισμένο αριθμό νευρώνων και ότι δεν είναι δυνατό να αποκτήσουμε νέους νευρώνες μετά τη γέννησή μας. Δείχνουμε τώρα για πρώτη φορά ότι υπάρχει σημαντική νευρογένεση στον ανθρώπινο ιππόκαμπο σε όλη τη διάρκεια της ζωής», δήλωσε ο Φρίζεν.

Image: Spalding et al./Cell

Οι ερευνητές αξιοποίησαν το γεγονός ότι οι πάνω από 500 πυρηνικές δοκιμές, ιδίως των ΗΠΑ, κατά την περίοδο 1945-1962, απελευθέρωσαν στην ατμόσφαιρα διπλάσιες ποσότητες του ραδιενεργού ισοτόπου άνθρακα-14. Όμως μετά το 1963, όταν απαγορεύτηκαν διεθνώς οι δοκιμές, ο άνθρακας-14 στον αέρα μειώνεται σταδιακά με ένα συγκεκριμένο ρυθμό.

Όταν οι άνθρωποι τρώνε ζώα και φυτά, απορροφούν αυτόν τον άνθρακα στο σώμα τους και στον εγκέφαλό τους. Κάθε φορά που ένα κύτταρο διαιρείται, χρησιμοποιεί αυτό τον άνθρακα και τον ενσωματώνει στο DNA των νέων κυττάρων που προκύπτουν. Η αναλογία ανάμεσα στο ασταθές ισότοπο του άνθρακα-14 και στο πιο σταθερό ισότοπο του άνθρακα-12 δείχνει πότε ένα κύτταρο έχει γεννηθεί. Έτσι, η ύπαρξη του ραδιενεργού άνθρακα επιτρέπει να γίνει υπολογισμός της χρονολογίας γέννησης νέων νευρώνων με μια τεχνική ανάλογη με αυτή που χρησιμοποιούν οι αρχαιολόγοι για να χρονολογήσουν ένα εύρημα με τη βοήθεια του άνθρακα-14.

Κάνοντας νεκροψίες σε 55 πεθαμένους ανθρώπους (που είχαν δώσει εκ των προτέρων τη συγκατάθεσή τους) και μετρώντας τη συγκέντρωση άνθρακα-14 στο DNA των εγκεφαλικών νευρώνων, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όλα τα εγκεφαλικά κύτταρα δεν έχουν την ίδια ηλικία, αλλά πάνω από το ένα τρίτο ανανεώνονται τακτικά στη διάρκεια της ζωής. Εκτιμάται ότι περίπου 1.400 νέοι νευρώνες προστίθενται κάθε μέρα στους ενήλικους και αυτός ο ρυθμός μειώνεται ελαφρά με το πέρασμα του χρόνου. Επειδή, παράλληλα, μερικοί νευρώνες του ιππόκαμπου πεθαίνουν κάθε μέρα, τελικά ο συνολικός αριθμός τους διατηρείται λίγο-πολύ σε ισορροπία.

Η επιβεβαίωση της αέναης δημιουργίας εγκεφαλικών κυττάρων μπορεί να έχει και ιατρικές προεκτάσεις. Οι ψυχίατροι υποπτεύονται ότι ορισμένες παθήσεις, όπως η κατάθλιψη, οφείλονται σε μειωμένη νευρογένεση στην περιοχή του ιππόκαμπου. Η νέα έρευνα θα μπορούσε, μεταξύ άλλων, να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών αντικαταθλιπτικών φαρμάκων.

«Τρύπες» στον χρόνο. Scientists create device that tears a hole in time, enabling undetectable secret messages to be sent (so long as you do it in 0.00012 of a second)

A 'time cloak' which bends light to tear holes in time itself has been created by scientists. The device can hide a continuous stream of events at telecommunications data rates.

Όλοι, λίγο - πολύ, έχουμε στο παρελθόν μας στιγμές για τις οποίες δεν είμαστε και τόσο υπερήφανοι. Το όνειρο του να μπορούσαμε να τις διαγράψουμε μια για πάντα φαίνεται ότι δεν ανήκει πλέον απόλυτα στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας. Ερευνητές κατόρθωσαν να δημιουργήσουν έναν μανδύα χρονικής αορατότητας - μπόρεσαν δηλαδή να «κρύψουν» ένα γεγονός κάνοντας αόρατη την εμφάνισή του στον χρόνο. Η ανάπτυξη ενός πρακτικά λειτουργικού τέτοιου μανδύα βρίσκεται βεβαίως ακόμη κυριολεκτικά στα σπάργανα - αυτό σημαίνει ότι η δυνατότητα διαγραφής του «βρώμικου» παρελθόντος ή και παρόντος σας, αν υπάρχει, μετατίθεται για το πολύ μακρινό μέλλον. Πολύ πιο σύντομα όμως η τεχνική μάλλον θα μας προσφέρει απόλυτη ασφάλεια στη μεταφορά πληροφοριών και καλύτερης ποιότητας δεδομένα.

Η ιδέα της χρονικής αορατότητας είναι πολύ καινούργια - μόλις μερικών ετών. Προτάθηκε το 2010 από τον φυσικό του Imperial College του Λονδίνου Μάρτιν Μακ Κολ και τους συνεργάτες του. «Πατώντας» επάνω στις αρχές για τους οπτικούς μανδύες αορατότητας οι οποίοι κάνουν αόρατα τα αντικείμενα στον χώρο κατευθύνοντας τις ακτίνες του φωτός γύρω από αυτά, οι επιστήμονες του Imperial είχαν υποστηρίξει ότι θα μπορούσε κάποιος να κάνει αόρατα τα γεγονότα «χωρίζοντας» και ξαναενώνοντας τα κύματα του φωτός έτσι ώστε να δημιουργήσει μικρούς «θυλάκους» (κατ' άλλους «παράθυρα» ή «τρύπες») στον χρόνο.

Η πρόταση αυτή εκινείτο ωστόσο στο καθαρά θεωρητικό επίπεδο. Η πρώτη επιτυχημένη απόπειρα υλοποίησής της σημειώθηκε μόλις πέρυσι, από ερευνητές του Πανεπιστημίου Κορνέλ στις Ηνωμένες Πολιτείες. Τα χρονικά παράθυρα που δημιουργήθηκαν είχαν όμως υπερβολικά μικρή διάρκεια. Τώρα, όπως αναφέρουν με δημοσίευση στην επιθεώρηση «Nature», μηχανικοί από το Πανεπιστήμιο Περντιού, επίσης στις ΗΠΑ, προχώρησαν ένα βήμα πιο πέρα επιτυγχάνοντας «τρύπες» με ικανοποιητική χρονική διάρκεια.

Οι επιστήμονες κατάφεραν να κρύψουν δεδομένα που αποστέλλονται μέσω οπτικών ινών.

Οι επιστήμονες του Κορνέλ, με επικεφαλής τον Αλεξάντερ Γκαέτα, είχαν δημιουργήσει τον πρώτο λειτουργικό μανδύα χρονικής αορατότητας χρησιμοποιώντας παλμούς λέιζερ. Ο δρ Λούκενς και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν την ίδια βασική τεχνική, αλλά επιτάχυναν τον ρυθμό της διαδικασίας της. Για να το επιτύχουν εκμεταλλεύθηκαν το οπτικό φαινόμενο των πλεγμάτων περίθλασης που είναι γνωστό ως «χαλί του Τάλμποτ». Μεταφέροντάς το στη χρονική εκδοχή του «κατηύθυναν» το φως στον χρόνο έτσι ώστε να δημιουργήσουν τακτές περιόδους με μηδενική ένταση φωτός - δηλαδή «χρονικές τρύπες» στις οποίες μπορεί κάποιος να κρύψει δεδομένα. Η διάρκεια των «τρυπών» αυτών ήταν 36 πικοδευτερόλεπτα (36 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου), ενώ ο μανδύας χρονικής αορατότητας που επετεύχθη έκρυψε επιτυχώς δεδομένα τα οποία προσετίθεντο με ρυθμό 12,7 gigabits ανά δευτερόλεπτο.

Ολική διαγραφή

Time cloaking is a way of manipulating electromagnetic radiation in time and space so a collection of events or happenings are concealed from people who are observing from a distance.

Η αξιοσημείωτη επιτυχία έχει ωστόσο και την αρνητική πλευρά της - όπως το θέτει το «Nature» στο ειδησεογραφικό τμήμα του, στην παρούσα μορφή του ο μανδύας είναι υπερβολικά καλός στο… κρύψιμο, αφού «εξαφάνισε» το συμβάν μια για πάντα. «Σβήσαμε το γεγονός της πρόσθεσης δεδομένων τελείως από την Ιστορία, επομένως δεν υπάρχει τρόπος αποστολής των δεδομένων ως μηνύματος σε κάποιον παραλήπτη» εξήγησε ο δρ Λούκενς. Παρ' όλα αυτά ο δρ Μακ Κολ είναι εντυπωσιασμένος από το επίτευγμα και θεωρεί ότι με λίγες τροποποιήσεις η τεχνική μπορεί να επιτρέψει σύντομα την αποστολή απολύτως μυστικών μηνυμάτων. «Φέρνει τους μανδύες χρονικής αορατότητας κοντά στην πρακτική εφαρμογή» δήλωσε, επίσης στο «Nature».

The device could have important implications for sending secret messages via fibre optic cables.

Κάτι τέτοιο, όπως τόνισε ο δρ Λούκενς, θα δημιουργήσει ένα εντελώς νέο επίπεδο στην ασφάλεια της μεταφοράς δεδομένων μέσω των οπτικών ινών. «Δεν εμποδίζει απλώς τους ωτακουστές να διαβάσουν τα δεδομένα σας - δεν μπορούν καν να ξέρουν ότι υπάρχουν δεδομένα για να τα υποκλέψουν» εξήγησε. Η πρώτη πρακτική εφαρμογή των μανδυών του είδους ωστόσο, όπως επισημαίνουν οι επιστήμονες, ίσως δεν θα είναι η απόκρυψη των δεδομένων αλλά η βελτίωση της ποιότητάς τους. Στα πειράματά τους ο δρ Λούκενς και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι ο διαχωρισμός και η επανασύνδεση των κυμάτων του φωτός «προστατεύουν» την κύρια ροή των δεδομένων από αλλοιώσεις. «Αυτό ίσως είναι χρήσιμο για να μειωθούν οι αλλοιώσεις όταν πολλές ροές δεδομένων μοιράζονται την ίδια ίνα» υπογράμμισε ο ειδικός.

Ο δρ Γκαέτα από την πλευρά του συμπλήρωσε: «Ο κόσμος πάντα φαντάζεται κάτι παράνομο όταν ακούει τη λέξη "μανδύας", όμως αυτοί οι τρόποι χειρισμού του φωτός μάλλον θα χρησιμοποιηθούν για να κάνουν τις παρούσες, όχι μυστικές, επικοινωνίες περισσότερο εξελιγμένες».