Ολοκαίνουργια ύλη δημιουργήθηκε στο CERN, Atom Smasher Creates New Kind of Matter

A proton collides with a lead nucleus, sending a shower of particles through the ALICE detector. The ATLAS, CMS and LHCb experiments also recorded collisions. Credit: Alice/CERN

Οι συγκρούσεις σωματιδίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών (CERN) παρήγαγαν μια άγνωστη μέχρι σήμερα μορφή ύλης. Πρόκειται για κύματα γκλουονίων που έχουν χαρακτηριστικά υγρού με τους ειδικούς να ονομάζουν αυτή τη νέα ύλη «χρωμο-υάλινο συμπύκνωμα».

Τα γκλουόνια

The basic elements (degrees of freedom) of strongly-interacting matter depend on the energy of the experimental probe and the distance scale. The building blocks of the theory of strong interactions, quantum chromodynamics (QCD), are quarks and gluons. Hadrons (baryons and mesons) can often be described by the dynamics of the effective (or constituent) quarks, with the gluon degrees of freedom being integrated out. The classical nuclear physics problem is an effective approximation to QCD. It involves a strongly interacting quantum mechanical system of two fermionic species, protons and neutrons.

Τα γκλουόνια ή γλοιόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια με μηδενική μάζα ηρεμίας και μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο. Είναι σωματίδια τα οποία μεταφέρουν την ισχυρή αλληλεπίδραση, με την οποία αλληλεπιδρούν τα κουάρκ, θεμελιώδη σωματίδια από τα οποία απαρτίζεται η ύλη. Τα γκλουόνια συνδέονται με την πολύ ισχυρή δύναμη που επιτρέπουν στα κουάρκ να «κολλούν» μεταξύ τους μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια. Για αυτό και ονομάστηκαν «gluons» από την αγγλική λέξη glue που σημαίνει κόλλα.

Η νέα ύλη

This visualization from the CMS collaboration depicts a proton colliding with a lead nucleus, sending a shower of particles through the detector. CMS/CERN via MIT

Οι επιστήμονες δεν περίμεναν ότι οι συγκρούσεις πρωτονίων και ιόντων μόλυβδου θα είχαν αυτή την εξέλιξη. Η ύπαρξη αυτής νέας μορφής ύλης όμως εξηγεί την παράξενη συμπεριφορά που έχουν ορισμένες φορές τα σωματίδια μέσα στον επιταχυντή. 

Στα πειράματα που γίνονται στο LHC οι συγκρούσεις πρωτονίων και ιόντων ρευστοποιούν αυτά τα σωματίδια και παράγουν νέα τα περισσότερα εκ των οποίων «πετούν» προς κάθε κατεύθυνση με ταχύτητες που πλησίαζαν εκείνη του φωτός. Πρόσφατα οι ερευνητές παρατήρησαν ότι ορισμένα ζεύγη σωματιδίων πετούσαν από το σημείο της σύγκρουσης σε συσχετισμένες κατευθύνσεις.

«Με κάποιο τρόπο καταφέρνουν να πετούν προς την ίδια κατεύθυνση αν και δεν είναι ακόμη ξεκάθαρο το πώς επικοινωνούν μεταξύ τους για να κινηθούν μαζί. Αυτό ήταν μια έκπληξη για όλους» αναφέρει ο Γκάνθερ Ρόλαντ, φυσικός του ΜΙΤ μέλος της ερευνητικής ομάδας που ανέλυσε τα δεδομένα των πρόσφατων σωματιδιακών συγκρούσεων στον LHC.

Τα πειράματα

Οι συγκρούσεις σωματιδίων στον LHC δημιούργησαν μια νέα μορφή ύλης. The experimanets in the Large Hadron Collider may have created a new type of matter

Παρόμοια «πτητικά» μοτίβα παρουσιάζονται όταν συγκρούονται μεταξύ τους βαρέα σωματίδια όπως παραδείγματος χάριν, σωματίδια μόλυβδου μεταξύ τους. Αυτού του είδους οι συγκρούσεις δημιουργούν αυτό που οι ειδικοί ονομάζουν «πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων», μια μορφή της ύλης που εμφανίστηκε μια στιγμή μετά τη Μεγάλη Έκρηξη που γέννησε στο Σύμπαν. Πρόκειται για μια κατάσταση στην οποία παύουν να ισχύουν οι δυνάμεις που συγκρατούν τους πυρήνες των ατόμων και η ύλη μετατρέπεται σε μια «αρχέγονη σούπα» από κουάρκ και γλουόνια, θεμελιώδη σωματίδια που δεν διασπώνται περαιτέρω. Ολόκληρο το Σύμπαν ήταν μια σούπα κουάρκ-γκλουονίων για μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά το σχηματισμό του πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.

Όμως η δημιουργία πλάσματος κουάρκ-γκλουονίων δεν είναι δυνατή με συγκρούσεις πρωτονίων και μόλυβδου σαν αυτές που γίνονται αυτή την εποχή στο CERN. Τώρα οι ερευνητές πιστεύουν ότι ένα διαφορετικό είδος ύλης, το «χρωμο-υάλινο συμπύκνωμα», είναι πιθανό να λειτουργεί με τρόπο παρόμοιο με το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων.

Η διεμπλοκή

Οι ειδικοί εκτιμούν ότι πίσω από αυτό το συμπύκνωμα κρύβεται ένας μηχανισμός που ονομάζεται κβαντική διεμπλοκή. Η κβαντική διεμπλοκή είναι το φαινόμενο κατά το οποίο, δύο αντικείμενα που δημιουργούνται μαζί (για παράδειγμα δύο ηλεκτρόνια) μένουν σε κατάσταση διεμπλοκής μεταξύ τους, ασχέτως του χώρου που μεσολαβεί πλέον από το ένα στο άλλο. Αν στείλουμε το ένα από τα δύο στο άλλο άκρο του σύμπαντος και κάνουμε κάτι σε οποιοδήποτε από τα δύο, το άλλο αντιδρά ακαριαία.

Quantum Entanglement in two minutes

Έτσι, είτε πρέπει να δεχτούμε πως η πληροφορία μπορεί να ταξιδέψει με άπειρη ταχύτητα είτε πως στην πραγματικότητα τα δύο αντικείμενα βρίσκονται ακόμα σε «επαφή», σε σύνδεση μεταξύ τους, σε κατάσταση διεμπλοκής. Η κβαντική διεμπλοκή είναι υπαρκτό φαινόμενο και παρατηρείται σε πειράματα, όχι μόνο στο μικρόκοσμο, αλλά και σε μεγαλύτερες κλίμακες.

Η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων προ των πυλών, First Observation of Gravitational Waves Is 'Imminent'

Einstein's general theory of relativity predicts the existence of gravitational waves, which are perturbations of the gravitational field spreading out in space at the speed of light, like ripples on the surface of a pond. However, while electromagnetic radiations (for example visible light) can be absorbed completely by matter, gravitational waves can travel through space without being absorbed, neither by stars, nor by interstellar matter. [Adapted from text by the European Gravitational Observatory]  (Courtesy: Lionel BRET/EUROLIOS)

Τα βαρυτικά κύματα αποτελούν κυματισμούς στον ιστό του χωρόχρονου που προκαλούνται από κατακλυσμικά γεγονότα στο σύμπαν, όπως συγκρούσεις αστέρων νετρονίων και συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών. Το εντονότερο απ’ αυτά τα γεγονότα, και αυτό που μπορεί να παρατηρηθεί ευκολότερα (τρόπος του λέγειν), είναι οι συγκρούσεις των τεράστιων μαύρων τρυπών που βρίσκονται στα κέντρα γαλαξιών.

This picture shows the result of a numerical simulation of the gravitational radiation generated by the merger of two black holes. The image gives some impression of the incredible amounts of energy released in the form of gravitational waves as this happens.

Οι ερευνητές S. T. McWilliams, J. P. Ostriker και F. Pretorius, από το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, ισχυρίζονται ότι η συχνότητα με την οποία συμβαίνουν τέτοιες αναταραχές είναι πολύ μεγαλύτερη απ’ ότι θεωρείτο μέχρι σήμερα. Συνεπώς αυξάνονται οι πιθανότητες να παρατηρηθούν τα βαρυτικά κύματα – ένα άπιαστο όνειρο των φυσικών μέχρι σήμερα.

Οι ερευνητές S. T. McWilliams, J. P. Ostriker και F. Pretorius εκτιμούν πως θα ανιχνεύσουμε τα βαρυτικά κύματα που προκαλούν οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών, στη χειρότερη περίπτωση, μέχρι το 2016

Αν οι McWilliams et al έχουν δίκιο τότε οι αποδείξεις ύπαρξης βαρυτικών κυμάτων μπορεί να βρίσκονται ήδη σε δεδομένα που συλλέγονται από τα παρατηρητήρια κυμάτων βαρύτητας. Τα επιχειρήματά τους βασίζονται σε μετρήσεις μεγέθους και μάζας διαφόρων γαλαξιών. Αυτά τα στοιχεία δείχνουν ότι τα τελευταία 6 δισεκατομμύρια χρόνια οι γαλαξίες έχουν σχεδόν διπλασιαστεί σε μάζα και τετραπλασιαστεί σε μέγεθος.

General Relativity: gravitational waves

Οι αστροφυσικοί γνωρίζουν ότι σ’ αυτό το χρονικό διάστημα ο ρυθμός σχηματισμού νέων άστρων ήταν πολύ περιορισμένος, και ο μόνος τρόπος αύξησης των μαζών των γαλαξιών ήταν διαμέσου της συγχώνευσης, μια ιδέα που επιβεβαιώνεται από προσομοιώσεις της εξέλιξης γαλαξιών σε υπολογιστές. Οι προσομοιώσεις αυτές δείχνουν πως οι συγχωνεύσεις των γαλαξιών τελικά ήταν πιο συχνές απ’ ότι νόμιζαν οι αστρονόμοι.

Έτσι, προκύπτει και το συμπέρασμα ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που περιέχονται στα κέντρα των γαλαξιών συγκρούονται συχνότερα. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του McWilliams και των συνεργατών του, οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών πρέπει να είναι 10 έως και 30 φορές πιο συχνές από ό, τι αναμενόταν και τα σήματα από τα βαρυτικά κύματα που προκαλούνται απ’ αυτές, 3 έως και 5 φορές ισχυρότερα. Αυτό έχει σημαντικές συνέπειες στην δυνατότητα των αστρονόμων να ανιχνεύσουν αυτά τα σήματα.

Ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων ονομάζεται LIGO (Laser Interferometer Gravitational wave Observatory) και βρίσκεται στην πολιτεία της Ουάσινγκτον. Ο ανιχνευτής αυτός αναβαθμίζεται, και δεν αναμένεται να φτάσει ευαισθησία που προβλέπει ο σχεδιασμός του μέχρι το 2018-19.

Μια άλλη μέθοδος παρατήρησης των βαρυτικών κυμάτων είναι η παρακολούθηση της κανονικότητας των εκπληκτικής ακρίβειας ραδιοσημάτων που εκπέμπουν πάλσαρ (PTA -Pulsar Τiming Αrray) και ο εντοπισμός διαταραχών που οφείλονται στην παραμόρφωση του χωρόχρονου λόγω της διέλευσης βαρυτικών κυμάτων. Σύμφωνα με τους McWilliams et al τα βαρυτικά κύματα είναι τόσο συχνά και τόσο ισχυρά ώστε να είναι δυνατός ο εντοπισμός τους με την παρακολούθηση των ραδιοσημάτων πάλσαρ, από τα υπάρχοντα ραδιοτηλεσκόπια, χωρίς να χρειάζεται η κατασκευή νέων ανιχνευτών μεγαλύτερης ακρίβειας.

Laser Interferometer Space Antenna (LISA) Mission

Στην χειρότερη εκτίμησή τους οι ερευνητές αναμένουν ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων (με αξιοπιστία 95%) μέχρι το 2016. Και η πρώτη απευθείας παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων θα είναι μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις που έγιναν ποτέ στην αστρονομία. Μια ανακάλυψη για βραβείο Νόμπελ.

To Σύμπαν αναπτύσσεται όπως ο εγκέφαλος και το διαδίκτυο, Cosmos, brain and internet develop the same way?

Ερευνητές στις ΗΠΑ πραγματοποίησαν προσομοιώσεις που δείχνουν ότι το Σύμπαν είναι πολύ πιθανό να αναπτύσσεται με τρόπο ανάλογο με εκείνον του εγκεφάλου. Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι η ανάπτυξη του Σύμπαντος έχει επίσης κοινά χαρακτηριστικά με την ανάπτυξη του Internet αλλά και των κοινωνικών δικτύων όπως το Facebook.

Παγκόσμιος νόμος

Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας υποστηρίζουν ότι ορισμένοι βασικοί φυσικοί νόμοι ελέγχουν την ανάπτυξη μικρότερων αλλά και μεγαλύτερων συστημάτων τα οποία ξεκινούν από την ηλεκτρική δραστηριότητα στον ανθρώπινο εγκέφαλο,  επεκτείνονται στη λειτουργία και ανάπτυξη του Internet και των κοινωνικών δικτύων και φτάνουν μέχρι την επέκταση των γαλαξιών.

Το Σύμπαν και ο εγκέφαλος έχουν κοινό μηχανισμό ανάπτυξης

«Οι δυναμικές των μηχανισμών φυσικής ανάπτυξης είναι ίδιες για διαφορετικά δίκτυα είτε είναι ψηφιακά όπως το Internet και τα κοινωνικά δίκτυα είτε είναι δίκτυα που αφορούν τον εγκέφαλο» αναφέρει ο φυσικός Ντμίτρι Κριούκοφ, επικεφαλής της έρευνας. «Όπως φαίνεται, υπάρχει ένας και μόνο θεμελιώδης νόμος της φύσης που κυβερνά όλα αυτά τα δίκτυα» σχολιάζει ο Κέβιν Μπάσλερ, φυσικός του Πανεπιστημίου του Χιούστον που δεν μετείχε στην έρευνα.

Η μελέτη

Οι ερευνητές σχεδίασαν μια προσομοίωση στην οποία το νεαρό Σύμπαν διασπάστηκε στις μικρότερες δυνατές μονάδες, τα κβάντα. Στη Φυσική, ο όρος κβάντο ή κβάντουμ αναφέρεται σε μια αδιάστατη μονάδα ποσότητας, ένα "ποσό από κάτι". Για παράδειγμα ένα κβάντο φωτός είναι μία μονάδα φωτός, ένα φωτόνιο. Στην προσομοίωση τα κβάντα συνδέονταν σε ένα γιγάντιο κοσμικό δίκτυο και καθώς η προσομοίωση εξελισσόταν αυξανόταν συνεχώς ο συμπαντικός χωροχρόνος με αποτέλεσμα να αυξάνονται και οι διασυνδέσεις ανάμεσα στην ύλη και τους γαλαξίες και να αποκαλύπτεται ιστορικά η ανάπτυξη του Σύμπαντος.

Simple mapping between the two surfaces representing the geometries of the universe and complex networks proves that their large-scale growth dynamics and structures are similar. (Credit: Image courtesy of CAIDA/SDSC)

Όταν οι ερευνητές συνέκριναν την ανάπτυξη του Σύμπαντος με εκείνη των κυκλωμάτων του εγκεφάλου αλλά και εκείνη των κοινωνικών δικτύων διαπίστωσαν ότι όλα επεκτείνονται με παρόμοιους τρόπους. «Είναι πιθανό ότι κάποιοι ακόμη άγνωστοι σε εμάς νόμοι της φύσης καθορίζουν τον τρόπο που τα δίκτυα αναπτύσσονται και μεταβάλλονται, από τα μικρότερα κύτταρα του εγκεφάλου μέχρι και τους μεγάλους γαλαξίες» αναφέρει ο Ντμίτρι Κριούκοφ. Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Scientific Reports».

Αμμοθύελλα απειλεί το Opportunity, NASA has unprecedented view of Mars dust storm

Τα λευκά βέλη σημειώνουν τα όρια της θύελλας σε αυτή την εικόνα που καλύπτει σχεδόν όλο τον πλανήτη NASA/JPL-Caltech/MSSS

Η πρώτη ανοιξιάτικη αμμοθύελλα στο βόρειο ημισφαίριο του Άρη έχει ήδη καλύψει μια τεράστια έκταση ανάμεσα στο ρομπότ Curiosity και τον γερασμένο του συνάδελφο Opportunity, στην άλλη άκρη του πλανήτη. Αν η αμμοθύελλα τυλίξει τελικά όλο τον Άρη όπως έχει συμβεί παλαιότερα, το  Opportunity δεν αποκλείεται να τα βρει σκούρα.

Η θύελλα

Φωτογραφίες του Άρη από το 2001 δείχνουν μια θύελλα σκόνης παρόμοια με την τωρινή. Αριστερά βλέπουμε τον πλανήτη σε κανονικές συνθήκες όπως φαίνεται από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Στην εικόνα δεξιά βλέπουμε την επιφάνεια του Άρη ενώ πλήττεται από τεράστια αμμοθύελλα. These images of Mars released by NASA in 2001 show a dust storm similar to one developing now. At left is the planet in natural color, as captured by the Hubble Space Telescope. The one on the right shows how a global dust storm engulfed Mars with the onset of Martian spring. (NASA )

«Εάν η θύελλα επεκταθεί σε παγκόσμιο επίπεδο, το ρομπότ Opportunity θα επηρεαζόταν περισσότερο» αναφέρει ανακοίνωση του Εργαστηρίου Αεριώθησης (JPL) της NASA στην Καλιφόρνια, το οποίο διαχειρίζεται και τα δύο ρομπότ.

Η σκόνη που επικάθεται στους ηλιακούς συλλέκτες του Opportunity θα μείωνε δραστικά την παροχή ενέργειας στο ρομπότ, ενώ η αιωρούμενη σκόνη θα εμπόδιζε τη συλλογή φωτογραφιών και άλλων δεδομένων.

Η πτώση στην παροχή ενέργειας θα ήταν μια σοβαρή δοκιμασία για το κουρασμένο Opportunity, το οποίο συνεχίζει την περιήγησή του στον Άρη από το 2004, έχοντας ξεπεράσει κατά πολύ την ονομαστική διάρκεια ζωής του, η οποία είχε οριστεί στις 90 μόνο μέρες.

Λιγότερο ανθεκτικό αποδείχθηκε το πανομοιότυπο ρομπότ Spirit, το οποίο έφτασε στον προορισμό του ταυτόχρονα με το Opportunity, κόλλησε όμως στην άμμο το 2009 και σίγησε για πάντα λίγους μήνες αργότερα.

Η αμμοθύελλα έγινε αντιληπτή στις 10 Νοεμβρίου από τον Αναγνωριστικό Δορυφόρο του Άρη (MRO) και παρακολουθείται τώρα από τη NASA σε καθημερινή βάση. Αμμοθύελλες που είχαν εκδηλωθεί παλαιότερα στην ίδια περιοχή επεκτάθηκαν αργότερα σχεδόν σε ολόκληρη την επιφάνεια του Άρη, την οποία έκρυψαν εντελώς για αρκετούς μήνες.

Πάντως η νέα θύελλα δεν έχει πλησιάσει το Opportunity σε απόσταση μικρότερη από 1.348 χιλιόμετρα, αν και η ορατότητα στο σημείο όπου βρίσκεται το ρομπότ παρουσίασε μια μικρή μείωση.

Το Curiosity

NASA's Curiosity rover on Oct 31. The mosaic shows the rover at "Rocknest," the spot in Gale Crater where the mission's first scoop sampling took place. Four scoop scars can be seen in the regolith in front of the rover. (NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems / EPA / November 2, 2012)

Σε αντίθεση με το Opportunity, το οποίο δεν διαθέτει δικό του μετεωρολογικό σταθμό, το πολύ μεγαλύτερο Curiosity είναι εξοπλισμένο με το όργανο REMS, ισπανικής κατασκευής, το οποίο παρακολουθεί διαρκώς τις περιβαλλοντικές συνθήκες,

Οι μετρήσεις του REMS δείχνουν τώρα πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης και άνοδο της νυχτερινής θερμοκρασίας κατά τις νυχτερινές ώρες.

Twisters On Mars

Οι αμμοθύελλες στον Άρη προκαλούν συχνά άνοδο της θερμοκρασίας επειδή η αιωρούμενη σκόνη απορροφά περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία. Μετρήσεις του δορυφόρου MRO έδειχναν ότι η άνοδος της θερμοκρασίας στην περιοχή της νέας θύελλας έφτασε τους 25 βαθμούς Κελσίου -ένα εντυπωσιακό νούμερο, δεδομένου ότι η μέση επιφανειακή θερμοκρασία στον πλανήτη είναι -65 βαθμοί και η μέγιστη +35 βαθμοί.

Οι μηχανικοί της αποστολής Curiosity έχουν πάντως λάβει υπόψη τους τις αμμοθύελλες, οι οποίες συνήθως ξεσπούν με τον ερχομό της άνοιξης στο βόρειο ημισφαίριο, κάτι που συνέβη πριν από λίγες εβδομάδες. Σε αντίθεση με το Opportunity, το οποίο κινείται με ηλιακή ενέργεια, το Curiosity βασίζεται σε μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια πλουτωνίου που μπορεί να λειτουργεί αδιάλειπτα για δεκαετίες. Η μόνη επίπτωση από την αμμοθύελλα θα ήταν πιθανότατα η μειωμένη ορατότητα που θα εμπόδιζε τη λήψη φωτογραφιών.

Προτάσεις για τη διδασκαλία της Ιστορίας Γ’ Λυκείου: Η Βιομηχανική Επανάσταση, Suggestions for teaching History: The Industrial Revolution

Lucien Hector Jonas, L'Usine d'Escaut et Meuse, Huile sur Toile, 65x81 cm, Paris, Collection Particulière

Η Βιομηχανική Επανάσταση from Kostas Vakouftsis

Παρουσίαση με διαφάνειες για τη διδασκαλία της έκτης ενότητας του σχολικού βιβλίου.

Πώς εδραιώνονται οι αναμνήσεις; The role of consolidation in memory

Salvador Dali, Désagrégation de la persistance de la mémoire, Disintegration of the persistence of the memory, 1954, St Petersburg, Salvador Dali Museum

Η λειτουργία της μνήμης είναι μία από τις πιο πολύπλοκες λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφάλου και αποτελεί όχι μόνο τη βάση της καθημερινής δραστηριότητάς μας, αλλά και το  βασικό στοιχείο δημιουργίας της προσωπικότητάς μας. Είμαστε αυτό που θυμόμαστε. Τι φαγητό φάγαμε χθες το βράδυ; Με πόσα σίγμα γράφεται η θάλασσα; Σύμφωνα με το θεωρητικό μοντέλο που επικρατεί σήμερα, η κατηγορία της μνήμης που σχετίζεται με προσωπικές εμπειρίες (τι φαγητό φάγαμε) ονομάζεται επεισοδιακή μνήμη (episodic memory) και η κατηγορία της μνήμης που σχετίζεται με λέξεις και ονόματα ονομάζεται εννοιολογική μνήμη (semantic memory). Ο γνωστός έλληνας «εξερευνητής της σκέψης» Νίκος Λογοθέτης, διευθυντής του Τμήματος Φυσιολογίας των Γνωστικών Διαδικασιών στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Βιολογική Κυβερνητική, κατέγραψε για πρώτη φορά τη διαδικασία της διαλογής και της οριστικής αποθήκευσης στη μνήμη των γεγονότων.

Ιππόκαμπος: «αίθουσα αναμονής» για αναμνήσεις

Η πρωτοποριακή ερευνητική δουλειά του καθηγητή Λογοθέτη επικεντρώθηκε στη μελέτη ενός φαινομένου που ονομάζεται ριπιδισμοί ή υψίσυχνες ταλαντώσεις (ripples) του ιππόκαμπου. Ο ιππόκαμπος είναι μια περιοχή στο κέντρο του εγκεφάλου και οι ριπιδισμοί του είναι ένα φαινόμενο που εμφανίζεται σε ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα. Συνίσταται σε μικρής διάρκειας και επαναλαμβανόμενες ηλεκτρικές ταλαντώσεις με συχνότητα της τάξεως των 100 Hz. Η σχέση του ιππόκαμπου με τη μνήμη είχε τεκμηριωθεί από πολλές έμμεσες παρατηρήσεις, μία από τις οποίες είναι το γεγονός ότι άτομα με βλάβες στον ιππόκαμπο δεν έχουν την ικανότητα να θυμούνται περιστατικά μετά τη βλάβη, ενώ θυμούνται πολύ καλά γεγονότα πριν από τη βλάβη. Επομένως η κρατούσα σήμερα θεωρία είναι ότι ο ιππόκαμπος παίζει στον εγκέφαλο τον ρόλο του «διαλογέα» των γεγονότων, τα οποία στη συνέχεια αποθηκεύονται στη «μόνιμη» μνήμη.

Αποκαλυπτήρια με λειτουργική μαγνητική τομογραφία

Οι έρευνες έχουν δείξει ότι ο ιππόκαμπος του εγκεφάλου λειτουργεί ως «αίθουσα αναμονής» των αναμνήσεων και, την ώρα του ύπνου, στέλνει τις σημαντικότερες απ’ αυτές στον φλοιό για μονιμότερη αποθήκευση

Ο Νίκος Λογοθέτης, με πρωτοποριακά και εξαιρετικά λεπτά πειράματα, μπόρεσε να παρατηρήσει τον εγκέφαλο τη στιγμή ακριβώς που συμβαίνει αυτή η αποθήκευση. Η παρατήρηση έγινε δυνατή αφενός με τη βοήθεια ηλεκτροδίων εμφυτευμένων στον εγκέφαλο πιθήκων και αφετέρου με τη χρήση απεικονίσεων λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (λΜΤ), η οποία δίνει μια κινούμενη εικόνα του εγκεφάλου εν ώρα λειτουργίας. Τα εντυπωσιακά αποτελέσματα του Νίκου Λογοθέτη και της ομάδας του δημοσιεύθηκαν στο τελευταίο τεύχος του περιοδικού «Nature», το οποίο θεωρείται ένα από τα δύο εγκυρότερα επιστημονικά περιοδικά στις θετικές επιστήμες. Με την ευκαιρία αυτή έθεσα στον καθηγητή Λογοθέτη μερικά ερωτήματα, τα οποία παραθέτω στη συνέχεια μαζί με τις απαντήσεις του.

Ποια ήταν η κρατούσα αντίληψη για τους ριπιδισμούς του ιππόκαμπου ως σήμερα;

«Τα σήματα του ιππόκαμπου που ονομάζονται ριπιδισμοί έχουν παρατηρηθεί τόσο σε ζώα όσο και σε ανθρώπους. Οι παρατηρήσεις είχαν γίνει είτε με ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα (που όμως έχουν χαμηλή διακριτική ικανότητα) είτε μέσω  ηλεκτροδίων που ήταν εμφυτευμένα στον εγκέφαλο ασθενών για τον εντοπισμό κέντρων που σχετίζονται με κρίσεις επιληψίας. Πολλές μελέτες σε ποντίκια είχαν δείξει ότι ο αριθμός των ριπιδισμών όταν κοιμόμαστε βαθιά (Slow Wave Sleep, SWS) εξαρτάται από το τι έχουμε μάθει προτού πάμε για ύπνο. Πειράματα σε ζώα είχαν δείξει ακόμη ότι αν κανείς καταστείλει τους ριπιδισμούς με ηλεκτρική διέγερση των ιστών του ιππόκαμπου, παρεμποδίζεται η μαθησιακή διαδικασία. Άλλοι ερευνητές είχαν πετύχει ταυτόχρονες καταγραφές από τον ιππόκαμπο και μερικές άλλες περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού και είχαν δείξει ότι οι ριπιδισμοί συνδέονται με παροδική δραστηριότητα στον φλοιό. Επί τη βάσει τέτοιου είδους παρατηρήσεων είχε διατυπωθεί η θεωρία ότι οι ριπιδισμοί είναι δυνατόν να αποτελούν το σήμα του ιππόκαμπου που εμπεδώνει τη μνήμη. Κανένας ως σήμερα δεν είχε δει τι ακριβώς συμβαίνει στον υπόλοιπο εγκέφαλο, ενόσω ο ιππόκαμπος δημιουργεί τα σήματα των ριπιδισμών».

Ποιο είναι ακριβώς το πλεονέκτημα της ταυτόχρονης καταγραφής διαφορών δυναμικού με ηλεκτρόδια και λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας;

«Το πλεονέκτημα είναι ακριβώς ότι μπορέσαμε να δούμε αυτό που ανέφερα αμέσως πριν: τι συμβαίνει στον υπόλοιπο εγκέφαλο όταν εμφανίζονται οι ριπιδισμοί. Οι ερευνητές είτε κατέγραφαν ριπιδισμούς από ένα, δύο ή, το πολύ, τρεις περιοχές του εγκεφάλου είτε προσπαθούσαν να συνδέσουν εγκεφαλικές καταστάσεις, τις οποίες παρατηρούσαν με λειτουργική μαγνητική τομογραφία, με σήματα στα εγκεφαλογραφήματα τα οποία φαίνονταν να σχετίζονται με τη μνήμη. Η μέθοδος που αναπτύξαμε εμείς επιτρέπει τη μέτρηση ηλεκτρικών σημάτων από διάφορες περιοχές του ιππόκαμπου, ενόσω ταυτόχρονα παρατηρούμε καταστάσεις ενεργοποίησης ολόκληρου του εγκεφάλου μέσω λΜΤ υψηλής ανάλυσης».

Ποιο ήταν το βασικό αποτέλεσμα των ερευνών σας;

«Το βασικό αποτέλεσμα ήταν ότι οι ριπιδισμοί παρατηρούνται κατά τη διάρκεια ορισμένων εγκεφαλικών "καταστάσεων" που δημιουργούνται από εκτεταμένα αυτοοργανούμενα δίκτυα, τα οποία περιλαμβάνουν διάφορες περιοχές του εγκεφάλου σχετικές με την επεξεργασία των αισθήσεων και το άρρηκτο ζεύγος μάθηση-μνήμη. Κατά τη διάρκεια αυτής της κατάστασης ο ιππόκαμπος "εκπαιδεύει" τον φλοιό, στέλνοντας σε αυτόν σήματα υψηλής πολυπλοκότητας, με βάση τα οποία ο φλοιός αναπτύσσει συνάψεις μεταξύ των κυττάρων του (τα οποία ονομάζονται νευρώνες), οι οποίες αποτελούν τον τρόπο με τον οποίο ο φλοιός υλοποιεί αυτό που ονομάζουμε "μνήμη". Ο φλοιός είναι λίγο "αργός" και χρειάζεται αρκετές επαναλήψεις για να καταγράψει οριστικά ένα γεγονός (εξ ου και το ρητό "επανάληψη μήτηρ μαθήσεως"). Αυτό είναι καλό για εμάς, επειδή αλλιώς θα καταγράφονταν μόνιμα δισεκατομμύρια άχρηστα γεγονότα και η μνήμη μας θα πλημμύριζε σε πολύ μικρή ηλικία. Όταν μαθαίνουμε κάτι, η πληροφορία αποθηκεύεται προσωρινά στον ιππόκαμπο. Την πρώτη φορά που πέφτουμε σε βαθύ ύπνο μετά την προσωρινή αποθήκευση, ο ιππόκαμπος αναπαράγει τη μορφή της δραστηριότητας των νευρώνων που υπήρχε κατά τη διάρκεια της αρχικής επεξεργασίας της πληροφορίας. Αν αυτό συμβεί αρκετές φορές, τότε ο φλοιός αρχίζει να μεταβάλλει την ισχύ των συνάψεων σε διάφορες συνδέσεις και τελικά η πληροφορία καταγράφεται μόνιμα στον φλοιό. Έτσι ο ιππόκαμπος προσπαθεί να εκπαιδεύσει τον φλοιό. Αλλά αυτή η εκπαίδευση δεν θα ήταν επιτυχής αν την ίδια στιγμή εγκεφαλικές περιοχές που σχετίζονται με τις αισθήσεις έστελναν και αυτές σήματα. Αυτό λοιπόν που διαπιστώθηκε για πρώτη φορά είναι ότι ο "διάλογος" ιππόκαμπου - φλοιού λαμβάνει χώρα σε χρονικές περιόδους όπου όλος ο μηχανισμός επεξεργασίας αισθημάτων και προσωρινής μνήμης είναι προσωρινά ανενεργός».

Ποιες ήταν οι δυσκολίες που έπρεπε να υπερνικήσετε κατά τη διάρκεια αυτής της έρευνάς σας;

«Πέρα από τις αμέτρητες βελτιώσεις στη λΜΤ και στην τοποθέτηση των εμφυτευμένων ηλεκτροδίων, υπήρχε ένα σημείο εξαιρετικά λεπτό. Να καταγράψουμε ασθενή σήματα 50-100 εκατομμυριοστών του volt, όταν στην ακίδα του εμφυτεύματος εμφανίζονται τάσεις της τάξεως των 50 volt λόγω της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής που προκαλεί το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο της λΜΤ! Για τον σκοπό αυτόν αναπτύξαμε ένα ολόκληρο πρωτότυπο σύστημα αντιστάθμισης, που παίρνει υπόψη του ακόμη και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτροδίων κατά τη διάρκεια των ισχυρών μεταβολών του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου».

Αξίζει να σημειωθεί ότι, πέρα από τη δημοσίευση στο «Nature», η παραπάνω εργασία παρουσιάστηκε κατά τη διάρκεια προσκεκλημένης ομιλίας του Νίκου Λογοθέτη στο πρόσφατο παγκόσμιο συνέδριο Νευροεπιστημών της Νέας Ορλεάνης.

Χάρης Βάρβογλης, καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ

ΠΗΓΗ: ΤΟ ΒΗΜΑ

Ανακαλύφθηκε στη δυτική Κρήτη σφραγίδα με μινωικά ιερογλυφικά, Earliest Sample of Minoan Hieroglyphics Found in Western Crete

Σφραγίδα από βαθυκόκκινο ίασπη, που φέρει σε όλες τις πλευρές της εγχάρακτα σημεία της μινωικής ιερογλυφικής γραφής. Ιερό κορυφής στον Βρύσινα. A Minoan seal stone discovered during the most recent excavations at Vrysinas, near Rethymnon, Crete.  At one time, Vrysinas was an important Minoan peak sanctuary; the seal dates from the First Palace period (1900-1700 B.C.)  It is red jasper, and is carved on all four sides with Minoan hieroglyphics which are not Linear A.  In fact, the seal stone appears to be the earliest example of Minoan Hieroglyphic script yet discovered.

Μια εξαιρετική λίθινη τεράπλευρη σφραγίδα από βαθυκόκκινο ίασπη, η οποία φέρει εγχάρακτα σημεία της μινωικής ιερογλυφικής γραφής και στις τέσσερις επιφάνειές της, έφερε στο φως μεταξύ άλλων, η ανασκαφή στο μινωικό ιερό κορυφής του όρους Βρύσινα, νότια της πόλης του Ρεθύμνου. Η σφραγίδα αυτή αποτελεί τη μοναδική μέχρι τώρα παρουσία της αρχαιότερης γραφής των μινωιτών στη Δυτική Κρήτη.

Ο Βρύσινας θεωρείται το σημαντικότερο μινωικό ιερό κορυφής για τη Δυτική Κρήτη και με βάση την προκαταρκτική μελέτη και τα νέα ευρήματα, οι αρχαιολόγοι συμπεραίνουν ότι η διάρκεια λειτουργίας του ιερού εκτείνεται σε όλη την παλαιοανακτορική περίοδο (περ. 1900-1700 π.Χ.), και συνεχίζεται τουλάχιστον μέχρι την αρχή των νεοανακτορικών χρόνων.

Ταυράκι που απόθεσε κάποιος Μινωίτης στο Ιερό Κορυφής του όρους Βρύσινας Ρεθύμνου

Εκτός από το πλήθος των πήλινων ειδωλίων της συστηματικής ανασκαφής (από το 2004) που αγγίζει πλέον τον αριθμό των οκτακοσίων και το σημαντικό αριθμό των αγγείων, η φετινή ανασκαφή που διενεργήθηκε από τις 4 έως τις 15 Ιουλίου (από την ΚΕ΄ Εφορεία Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων υπό την ευθύνη της αρχαιολόγου Ελένης Παπαδοπούλου, και το Τμήμα Ιστορίας και Αρχαιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης με την ευθύνη της καθηγήτριας Ίριδας Τζαχίλη, μαζί με ομάδα ερευνητών και φοιτητών), αποκάλυψε πλήθος από ανθρωπόμορφα ειδώλια, γυναικεία και ανδρικά, ομοιώματα μελών του ανθρώπινου σώματος, αρκετά ζωόμορφα -ορισμένα από τα οποία μικρογραφικά-, καθώς και σημαντική ποσότητα κεραμικής.

Παράλληλα, ήρθαν στο φως τμήματα πήλινων πλακιδίων με επίθετα ειδώλια πτηνών και διπλών κεράτων, ενώ αφθονούν τα πήλινα σφαιρίδια.

Από το ίδιο άνδηρο προήλθαν το 2010, μετάλλινοι λατρευτές, χάλκινοι μικρογραφικοί πελέκεις, χάλκινα ομοιώματα εγχειριδίων, καθώς και λίθινα σκεύη, μεταξύ των οποίων αναγνωρίζονται ένα πιθανότατα αιγυπτιακό, δύο τράπεζες προσφορών από στεατίτη και δύο μικρές λοπάδες.

Παρότι φέτος στη θέση «Άγιο Πνεύμα», σε υψόμετρο 858 μ., όπου βρίσκεται ο ναός, δεν αποσαφηνίστηκε η ύπαρξη μινωικών κτισμάτων, τα οποία θα αποτελούσαν τον πυρήνα των τελετουργικών δραστηριοτήτων, ωστόσο προέκυψαν στοιχεία για τη λατρεία. Εντοπίσθηκε θύλακας με μεσομινωικό κεραμικό υλικό και βράχος αποστρογγυλεμένος, με σαφή σημάδια της ανθρώπινης παρέμβασης κατά το μεγαλύτερο μέρος του. Οι διαπιστώσεις αυτές υποδεικνύουν ότι πιθανόν το κέντρο του μινωικού ιερού να βρισκόταν στο ανώτερο πλάτωμα του όρους, κάτω και γύρω από τη σημερινή εκκλησία.

Τα ευρήματα από τις ανασκαφές του 2010 και του 2011 διευρύνουν τις γνώσεις μας για τη νεοανακτορική περίοδο του μινωικού ιερού, τονίζουν οι αρχαιολόγοι, ενώ επισημαίνουν ότι το ιερό στον Βρύσινα παρουσιάζει σαφείς αναλογίες ως προς το τελετουργικό πλαίσιο, τη μορφή της λατρείας, αλλά και τον τρόπο άσκησής της με τα ιερά κορυφής -Γιούχτα, Κόφινα, Πετσοφά και Τραόσταλο- της Κεντρικής και Ανατολικής Κρήτης.