Πανάρχαιος γαλαξίας- «τέρας» ανακαλύφθηκε κατά λάθος. Cosmic Yeti from the dawn of the universe found lurking in dust

Μέχρι τώρα ήταν αόρατος. The early universe is filled with monsters, a new study revealed. Researchers led by astronomer Christina Williams discovered a previously invisible galaxy, and perhaps a new galaxy population waiting to be discovered. An artist's impression of what a massive galaxy in the early universe might look like. The galaxy is undergoing an explosion of star formation, lighting up the gas surrounding the galaxy. Thick clouds of dust obscure most of the light, causing the galaxy to look dim and disorganized, very different from galaxies seen today. Credit: James Josephides/Swinburne Astronomy Productions, Christina Williams/University of Arizona, Ivo Labbe/Swinburne

Αστρονόμοι ανακάλυψαν κατά λάθος τα ίχνη ενός γιγαντιαίου γαλαξία- «τέρατος» από την πρώιμη εποχή του σύμπαντος που δεν είχε εντοπιστεί ξανά.

Όπως αναφέρεται σε ανακοίνωση του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, η επιστημονική κοινότητα αντιμετώπιζε τους γαλαξίες αυτούς σαν «κοσμικούς Γέτι»- δηλαδή πιο πολύ «μύθο» παρά επιστημονική πραγματικότητα- δεδομένης της έλλειψης στοιχείων για την ύπαρξή τους, ωστόσο αστρονόμοι στις ΗΠΑ και την Αυστραλία κατάφεραν να τραβήξουν εικόνες του «τέρατος» για πρώτη φορά.

Η Κριστίνα Γουίλιαμς, αστρονόμος του Πανεπιστημίου της Αριζόνα lead author της συγκεκριμένης έρευνας, αντιλήφθηκε μια αχνή «μάζα» φωτός σε παρατηρήσεις μέσω του Atacama Large Millimeter Array (ALMA) – μια συλλογή 66 ραδιοτηλεσκοπίων ψηλά στα βουνά της Χιλής. Η λάμψη αυτή φαινόταν να έρχεται από το πουθενά.

«Ήταν πολύ μυστηριώδες επειδή το φως δεν φαινόταν να συνδέεται με οποιονδήποτε γνωστό γαλαξία» είπε η Γουίλιαμς, μεταδιδακτορική του National Science Foundation στο Αστεροσκοπείο Steward. «Όταν είδα πως αυτός ο γαλαξίας ήταν αόρατος σε οποιοδήποτε άλλο μήκος κύματος, ενθουσιάστηκα επειδή σήμαινε πως ήταν πιθανότατα μακριά και κρυμμένος από νέφη σκόνης».

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι το σήμα ήρθε από τόσο μακριά που χρειάστηκε 12,5 δισ. χρόνια για να φτάσει στη Γη, παρέχοντας μια εικόνα του σύμπαντος κατά την παιδική του ηλικία. Όπως εκτιμούν, η παρατηρηθείσα εκπομπή προκαλείται από τη θερμή λάμψη σωματιδίων σκόνης που θερμαίνονται από σχηματιζόμενα άστρα στο εσωτερικό ενός νεαρού γαλαξία. Τα γιγαντιαία νέφη σκόνης αποκρύπτουν το φως των ίδιων των άστρων, καθιστώντας τον γαλαξία εντελώς αόρατο.

Όπως είπε ο Ίβο Λάμπε, του Πολυτεχνείου Σουΐνμπερν στη Μελβούρνη και ένας εκ των συντελεστών της έρευνας, «ανακαλύψαμε πως ο γαλαξίας είναι στην πραγματικότητα ένας γιγαντιαίος γαλαξίας- τέρας με τόσα άστρα όσα και ο δικός μας γαλαξίας, αλλά γεμάτος δραστηριότητα, σχηματίζοντας νέα άστρα με ρυθμό εκατονταπλάσιο αυτού του δικού μας γαλαξία».

Η ανακάλυψη ενδεχομένως να οδηγήσει στο να απαντηθεί ένα παλιό ερώτημα της αστρονομίας, σύμφωνα με τους ερευνητές. Πρόσφατες μελέτες έδειξαν πως κάποιοι από τους μεγαλύτερους γαλαξίες στο νεαρό σύμπαν «μεγάλωσαν» και «ενηλικιώθηκαν» πολύ γρήγορα- κάτι που δεν έχει γίνει κατανοητό σε θεωρητική βάση. Γιγαντιαίοι ώριμοι γαλαξίες παρατηρούνται στο σύμπαν μας σε πολύ μικρή ηλικία- περίπου 10% της σημερινής. Ακόμα πιο αινιγματικό είναι το ότι αυτοί οι ώριμοι γαλαξίες εμφανίζονται από το πουθενά: Οι αστρονόμοι ποτέ δεν κατάφερναν να τους εντοπίσουν κατά τον σχηματισμό τους.

Μικρότεροι γαλαξίες είχαν παρατηρηθεί στο πρώιμο σύμπαν με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble αλλά δεν μεγάλωναν αρκετά γρήγορα ώστε να λυθεί το μυστήριο. Άλλοι «τερατώδεις» γαλαξίες έχουν αναφερθεί στο παρελθόν, μα μέχρι τώρα οι παρατηρήσεις αυτές ήταν πολύ σπάνιες για να παρέχουν μια ικανοποιητική εξήγηση.

Cosmic Yeti from the dawn of the Universe found lurking in dust. My impression of what a massive galaxy in the early Universe might look like. The galaxy is undergoing an explosion of star formation, lighting up the gas surrounding the galaxy. Credit: James Josephides/Swinburne Astronomy Productions, Christina Williams/University of Arizona, Ivo Labbe/Swinburne

«Ο κρυμμένος γαλαξίας- τέρας μας έχει ακριβώς τα σωστά συστατικά για να αποτελέσει τον χαμένο κρίκο» εξηγεί η Γουίλιαμς, προσθέτοντας πως «πιθανότατα να είναι πολύ πιο κοινό φαινόμενο».

Πηγές: Christina C. Williams et al, Discovery of a Dark, Massive, ALMA-only Galaxy at z ∼ 5–6 in a Tiny 3 mm Survey, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-4357/ab44aa - https://uanews.arizona.edu/story/cosmic-yeti-dawn-universe-found-lurking-dust - https://www.huffingtonpost.gr/entry/panarchaios-yalaxias-teras-anakaleftheke-kata-lathos_gr_5daffce6e4b08cfcc3247ca6

Ψάχνοντας για σκουληκότρυπες. How to spot a wormhole (if they exist)

Μια πρόσφατη μελέτη μας δείχνει πως θα μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε τα αστρονομικά αντικείμενα που εξιτάρουν την φαντασία των φίλων της επιστημονικής φαντασίας. Τις σκουληκότρυπες. An artist’s concept illustrates a supermassive black hole. A new theoretical study outlines a method that could be used to search for wormholes (a speculative phenomenon) in the background of supermassive black holes. Image Credit: NASA/JPL-Caltech

Το 1916, έναν χρόνο μετά την διατύπωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας , o Ludwig Flamm ανακάλυψε μια λύση των εξισώσεων του Eisntein που περιέγραφε αυτό που σήμερα ονομάζουμε σκουληκότρυπα. Πρόκειται για μια τοπολογική ιδιότητα του χωροχρόνου βάσει της οποίας σχηματίζεται ένα «τούνελ» που συνδέει δύο απομακρυσμένα σημεία του – ένα «κόψιμο δρόμου» διαμέσου του χωρόχρονου. Τον όρο «σκουληκότρυπα» εμπνεύστηκε ο John Archibald Wheeler, από τις σκουληκότρυπες των μήλων.

α) Διάγραμμα μιας σκουληκότρυπας που συνδέει δυο διαφορετικά σύμπαντα. (β) Διάγραμμα σκουληκότρυπας που συνδέει δυο απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος.

Για μια απλή οπτική εξήγηση της σκουληκότρυπας, φανταζόμαστε τον χωρόχρονο να απεικονίζεται ως μία δισδιάστατη επιφάνεια. Αν αυτή η επιφάνεια καμπυλωθεί διαμέσου μιας τρίτης διάστασης, μας δίνει την εικόνα της σκουληκότρυπας σαν έναν «σωλήνα» που ενώνει δύο απομακρυσμένες περιοχές του χωρόχρονου. Στην πραγματικότητα αυτή η δισδιάσταστη επιφάνεια είναι τετραδιάστατη (τρεις διαστάσεις χώρου + μία χρόνου) και γι αυτό η οπτικοποίηση της πραγματικής καμπυλότητας είναι αδύνατη. Προς το παρόν δεν υπάρχουν παρατηρησιακά δεδομένα για σκουληκότρυπες, οι οποίες όμως προβλέπονται από την Γενική θεωρία της Σχετικότητας.

Diagram of a wormhole. (Image: © Shutterstock)

Το αν υπάρχουν οι σκουληκότρυπες μπορεί να είναι υπό συζήτηση, όμως κανείς δεν απαγορεύει τους φυσικούς να ψάχνουν τρόπους για να τις ανιχνεύσουν, στην περίπτωση που υπάρχουν. Κι αυτό κάνουν οι De-Chang Dai και Dejan Stojkovic στο άρθρο τους με τίτλο «Observing a wormhole».

Artist’s concept of the orbit of the star S2 (sometimes S0-2), shown in light blue. Τhis star is expected to plunge near a gigantic black hole in our galaxy. Image via S. Sakai/A.Ghez/Keck Observatory/UCLA Galactic Center Group.

Η μέθοδός τους επικεντρώνεται στον εντοπισμό μιας σκουληκότρυπας γύρω από τον Τοξότη Α*, ένα αντικείμενο που θεωρείται πως είναι μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας. Ενώ δεν υπάρχουν αποδείξεις ότι εκεί υπάρχει μια σκουληκότρυπα, πρόκειται για την κατάλληλη θέση αναζήτησης, διότι η ύπαρξη σκουληκότρυπας απαιτεί ισχυρά βαρυτικά πεδία, σαν αυτά που υπάρχουν στις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.

Οι Dai και Stojkovic υποστηρίζουν ότι αν υπάρχει μια σκουληκότρυπα στον Τοξότη Α*, τα κοντινά σ’ αυτήν άστρα θα επηρεάζονται από την βαρύτητα των άστρων που υπάρχουν στο άλλο άκρο της σκουληκότρυπας. Επομένως, αναζητώντας μικρές αποκλίσεις στην αναμενόμενη τροχιά των άστρων στην γειτονιά του Τοξότη Α*, θα ήταν δυνατόν να ανιχνευθεί η ύπαρξη της σκουληκότρυπας

Σύμφωνα με τον Dejan Stojkovic: «αν έχετε δύο άστρα, ένα σε κάθε πλευρά της σκουληκότρυπας, το άστρο που βρίσκεται στην πλευρά μας θα πρέπει να αισθάνεται την βαρυτική αλληλεπίδραση από το άστρο που βρίσκεται στην απέναντι πλευρά. Η βαρυτική ροή θα περνάει μέσα από τη σκουληκότρυπα. Επομένως, θα εμφανίζονται αποκλίσεις στην αναμενόμενη τροχιά ενός άστρου γύρω από τον Τοξότη Α*, εφόσον εκεί υπάρχει σκουληκότρυπα με ένα άλλο άστρο στην άλλη πλευρά της».

Εστιάζοντας στο S2, ένα άστρο που περιφέρεται γύρω από τον Τοξότη A*

Ο Stojkovic υποστηρίζει πως αν ποτέ βρεθούν σκουληκότρυπες, δεν θα είναι σαν αυτές που περιγράφονται από την επιστημονική φαντασία. Ισχυρίζεται πως οι άνθρωποι και τα διαστημόπλοια πιθανότητα δεν θα μπορούν να τις διασχίσουν. Απαιτείται μια πηγή αρνητικής ενέργειας για να διατηρηθεί η σκουληκότρυπα ανοιχτή, και δεν ξέρουμε πως μπορούμε να πετύχουμε κάτι τέτοιο. Η δημιουργία μιας σκουληκότρυπας που θα παραμένει σταθερή φαίνεται (προς το παρόν) εξωπραγματική.

Παρ’ όλα αυτά, οι σκουληκότρυπες – είτε μπορούμε να τις διασχίσουμε είτε όχι – είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα θεωρητικά φυσικά φαινόμενα για μελέτη. Μπορεί να μην έχουν ανιχνευθεί, σύμφωνα όμως με την θεωρία είναι δυνατή η ύπαρξή τους. Οι σκουληκότρυπες, λέει ο Stojkovic, «είναι μια νόμιμη λύση των εξισώσεων του Αϊνστάιν».

Στην εργασία τους οι Stojkovic και Dai επικεντρώνονται στο πως θα μπορούσαμε να εντοπίσουμε μια σκουληκότρυπα αναζητώντας διαταραχές στην τροχιά του άστρου S2, που περιφέρεται γύρω από τον Τοξότη A*.

Ενώ οι σημερινές τεχνικές παρακολούθησης δεν είναι ακόμα αρκετά ακριβείς για να αποκαλύψουν την παρουσία μια σκουληκότρυπας, οι Stojkovic και Dai υποστηρίζουν ότι η συλλογή δεδομένων για το S2 για ένα μεγαλύτερο χρονικό διάστημα ή η ανάπτυξη τεχνικών για την ακριβέστερη παρακολούθηση της κίνησης, θα καθιστούσε δυνατή μια τέτοια ανίχνευση. Κι αυτό θα μπορούσε να συμβεί στα επόμενα δέκα με είκοσι χρόνια από σήμερα.

Ωστόσο, ακόμα κι αν με τον έναν ή τον άλλο τρόπο ανιχνεύσουμε διαταραχές στην τροχιά του S2, δεν θα μπορούμε να τις αποδώσουμε με βεβαιότητα σε μια σκουληκότρυπα. Θα μπορούσε πιθανόν να υπάρχει κάποια άλλη αιτία στην δική μας πλευρά που διαταράσσει την κίνηση αυτού του άστρου.

Αν και η εργασία επικεντρώνεται στις διαπερατές σκουληκότρυπες, η μέθοδος θα μπορούσε να δείχνει την παρουσία και μη διαπερατής σκουληκότρυπας. Διότι σύμφωνα με τον Stojkovic η επίδραση της βαρύτητας γίνεται αισθητή και στις δυο πλευρές της σκουληκότρυπας, είτε αυτές διασχίζονται από αντικείμενα είτε όχι.

Πηγές: http://www.buffalo.edu/news/releases/2019/10/035.html - https://physicsgg.me/2019/10/24/

H Kβαντική Yπεροχή της Google. Google Claims a Quantum Breakthrough That Could Change Computing

Ερευνητές της Google ανακοίνωσαν επίσημα ότι πέτυχαν το ιστορικό ορόσημο της «κβαντικής υπεροχής» στους υπολογιστές. Google’s quantum computer. The company said in a paper published on Wednesday that the machine needed only a few minutes to perform a task that would take a supercomputer at least 10,000 years. Credit: Google

Είναι πλέον επίσημο ότι η Google πέτυχε τη λεγόμενη «κβαντική υπεροχή», δηλαδή να δημιουργήσει ένα κβαντικό υπολογιστή που έλυσε ένα συγκεκριμένο πρόβλημα, για το οποίο ακόμη και ο πιο ισχυρός συμβατικός υπερυπολογιστής θα χρειαζόταν χιλιάδες χρόνια.

The quantum machine operates in a completely different manner from regular computers. Credit: Google

Η σχετική επιστημονική δημοσίευση-ορόσημο [Quantum supremacy using a programmable superconducting processor] από την ερευνητική κβαντική ομάδα της Google στο περιοδικό «Nature», με επικεφαλής τον Τζον Μαρτίνις, ερευνητή της θυγατρικής Google AI Quantum και καθηγητή Φυσικής του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Σάντα Μπάρμπαρα, έρχεται να δώσει τέλος σε ένα «σίριαλ» που είχε ξεκινήσει πριν πέντε εβδομάδες, όταν είχε ανεπίσημα διαρρεύσει η σχετική πληροφορία σε υπολογιστή της NASA, αλλά στη συνέχεια η ΙΒΜ -που ανταγωνίζεται τη Google στους κβαντικούς υπολογιστές- είχε διαψεύσει ότι η Google πράγματι πέτυχε κάτι τέτοιο.

Figure 1 | Three types of quantum circuit. Arute et al.² demonstrate that a quantum processor containing 53 quantum bits (qubits) and 86 couplers (links between qubits) can complete a specific task much faster than an ordinary computer can simulate the same task. Their demonstration is based on three quantum circuits: the full circuit, the patch circuit and the elided circuit. The full circuit comprises all 53 qubits and is the hardest to simulate on an ordinary computer. The patch circuit cuts the full circuit into two patches that are each relatively easy to simulate. Finally, the elided circuit links these two patches using a reduced number of two-qubit operations along reintroduced two-qubit connections and is intermediate between the full and patch circuits, in terms of its ease of simulation.

Τώρα όμως έρχεται η επίσημη δημοσίευση, η οποία επιβεβαιώνει ότι ο κβαντικός επεξεργαστής Sycamore της Google, που διαθέτει 54 υπεραγώγιμα κβαντικά δυφία ή qubits (το ένα τελικά δεν λειτούργησε κανονικά, οπότε απέμειναν 53), εκτέλεσε μέσα σε μόλις τρία λεπτά και 20 δευτερόλεπτα ένα υπολογισμό που ο κορυφαίος παγκοσμίως αμερικανικός υπερυπολογιστής Summit (δημιούργημα της ΙΒΜ) θα χρειαζόταν περίπου 10.000 χρόνια για να λύσει. Ο επεξεργαστής αξιοποιεί τα κβαντικά φαινόμενα της υπέρθεσης και της διεμπλοκής για να πετύχει ταχύτητες επεξεργασίας ασύλληπτες για ένα κλασσικό ηλεκτρονικό υπολογιστή.

The IBM-built Summit supercomputer is the world's smartest and most powerful AI machine. Its racks are connected by over 185 miles of fiber-optic cables. GENEVIEVE MARTIN/OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY

Η ΙΒΜ, που έχει αναπτύξει ένα δικό της κβαντικό επεξεργαστή 53 qubits, αφενός αντιτείνει ότι ο πανίσχυρος αλλά συμβατικός Summit θα έλυνε το πρόβλημα σε δυόμισι μέρες (και όχι σε 10.000 χρόνια), αφετέρου έχει βάλει πιο ψηλά τον πήχη για το τι συνιστά «κβαντική υπεροχή», πράγμα που εξηγεί γιατί δεν θεωρεί ότι η Google πέτυχε πράγματι το ορόσημο αυτό. Σε κάθε περίπτωση πάντως, μετά και τη δημοσίευση, είναι φανερό ότι η Google προηγείται της ΙΒΜ στο πεδίο της κβαντικής υπολογιστικής.

Google says they have reached 'quantum supremacy' with their quantum computer 'Sycamore'. Nature reporter Elizabeth Gibney explains what this means, why IBM disagree, and the significance for quantum computing.

Όμως θα χρειαστούν ακόμη αρκετά χρόνια ή μάλλον δεκαετίες, έως ότου δημιουργηθούν κβαντικοί υπολογιστές που θα χρησιμοποιούνται καθημερινά για την εκτέλεση πολλών διαφορετικών εργασιών. Ένα βασικό πρόβλημα που πρέπει να λυθεί, είναι να διασφαλιστεί ότι υπάρχει πλήρης έλεγχος πάνω στα qubits, ώστε να μη κάνουν λάθη. Η ομάδα της Google ανακοίνωσε ότι πέτυχε σημαντικό ποσοστό αξιοπιστίας 99,99% στους υπολογισμούς του κβαντικού επεξεργαστή της, αλλά οπωσδήποτε αυτό δεν είναι 100%, όπως απαιτείται για απόλυτη αξιοπιστία στους υπολογισμούς.

John Preskill

Μια παγκόσμια κούρσα ανταγωνισμού βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη διεθνώς, καθώς ΗΠΑ, Ευρώπη, Κίνα και άλλες χώρες προσπαθούν να προηγηθούν στο πεδίο των κβαντικών υπολογιστών και να δρέψουν τα οφέλη σε επίπεδο τεχνολογίας, οικονομίας, επιστήμης και εθνικής ασφάλειας. Ο όρος «κβαντική υπεροχή» είχε επινοηθεί το 2012 από τον καθηγητή φυσικής Τζον Πρέσκιλ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (Caltech).

Πηγές: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5 - https://www.nature.com/articles/d41586-019-03173-4 - https://www.nytimes.com/2019/10/23/technology/quantum-computing-google.html?action=click&module=Top%20Stories&pgtype=Homepage - https://www.washingtonpost.com/science/2019/10/23/google-scientists-say-theyve-achieved-quantum-supremacy/ - https://www.skai.gr/news/technology/i-google-kataskeyase-kvantiko-ypologisti - https://www.scottaaronson.com/blog/?p=4372

Σύστημα τεχνητής νοημοσύνης βοηθά παράλυτους να «γράψουν» με το νου. AI allows paralyzed person to ‘handwrite’ with his mind

Ένας τετραπληγικός ασθενής, παράλυτος από το λαιμό και κάτω, κατάφερε να «γράψει» σε υπολογιστή με το νου του με ρυθμό 66 χαρακτήρων το λεπτό. Η ταχύτητα αυτή είναι σχεδόν διπλάσια εκείνης που είχε επιτευχθεί έως τώρα (39 χαρακτήρες το λεπτό). By harnessing the power of imagination, researchers have nearly doubled the speed at which completely paralyzed patients may be able to communicate with the outside world. A women with complete locked-in syndrome responds with her thoughts.

Ένας τετραπληγικός ασθενής, παράλυτος από το λαιμό και κάτω, κατάφερε να «γράψει» σε υπολογιστή με το νου του με ρυθμό 66 χαρακτήρων το λεπτό. Η ταχύτητα αυτή είναι σχεδόν διπλάσια εκείνης που είχε επιτευχθεί έως τώρα (39 χαρακτήρες το λεπτό).

Οι ερευνητές στις ΗΠΑ, που έκαναν τη σχετική ανακοίνωση στο ετήσιο συνέδριο της Αμερικανικής Εταιρείας Νευροεπιστήμης (δεν έχει υπάρξει ακόμη επιστημονική δημοσίευση), σύμφωνα με το «Science», ευελπιστούν ότι η ταχύτητα μπορεί να αυξηθεί κι άλλο με περισσότερη πρακτική από τους ασθενείς.

Credit: FRANK WILLETT

Οι τελείως παράλυτοι άνθρωποι, λόγω τραυματισμού, εγκεφαλικού ή νευρολογικής πάθησης, έχουν μια διέξοδο να επικοινωνήσουν με τον κόσμο χάρη στην εμφύτευση ηλεκτροδίων στον εγκέφαλό τους, στην περιοχή που ελέγχει την κίνηση. Μερικοί ασθενείς έχουν καταφέρει να φαντάζονται ότι γράφουν και έτσι να κινούν με το νου τους ένα κέρσορα σε υπολογιστή, γράφοντας λέξεις στην οθόνη, αν και με ρυθμό πιο αργό από τη φυσική γραφή (η μέση ταχύτητα ενός υγιούς ανθρώπου είναι 120 χαρακτήρες το λεπτό).

Στο νέο πείραμα ο υπολογιστής μπορούσε να «μεταφράζει» σε γράμματα τις φανταστικές λέξεις του τετραπληγικού με ακρίβεια σχεδόν 95%.

Πηγές: https://www.abstractsonline.com/pp8/#!/7883/presentation/71586 -  https://www.sciencemag.org/news/2019/10/ai-allows-paralyzed-person-handwrite-his-mind - https://www.in.gr/2019/10/24/tech/systima-texnitis-noimosynis-voitha-paralytous-na-grapsoun-nou/

Νευροεπιστήμονες ίσως ξεπέρασαν τα όρια της βιοηθικής. Scientists 'may have crossed ethical line' in growing human brains

Η δημιουργία μίνι εγκεφάλων ή «εγκεφαλικών οργανοειδών» αποτελεί έναν από τους πιο «καυτούς» τομείς της σύγχρονης νευροεπιστήμης. Μια τομή ενός εγκεφαλικού οργανοειδούς. Debate needed over research with ‘potential for something to suffer’, neuroscientists say. A cross-section of a cerebral organoid. Photograph: Madeline A Lancaster/IMBA/EPA

Τον «ηθικό Ρουβίκωνα» πιθανώς να διέβησαν οι νευροεπιστήμονες αναπτύσσοντας τμήματα ανθρώπινου εγκεφάλου στο εργαστήριο (εγκεφαλικά οργανοειδή) και σε κάποιες περιπτώσεις μεταμοσχεύοντας τον ιστό σε ζώα. Αυτή την προειδοποίηση απηύθυναν, χθες, ειδικοί του Green Neuroscience Laboratory στο ετήσιο συνέδριο της Εταιρείας Νευροεπιστημών, που πραγματοποιείται στο Σικάγο.

Η δημιουργία μίνι εγκεφάλων ή «εγκεφαλικών οργανοειδών» αποτελεί έναν από τους πιο «καυτούς» τομείς της σύγχρονης νευροεπιστήμης. Τα συσσωματώματα ιστού δημιουργούνται από βλαστοκύτταρα και, παρότι σε μέγεθος δεν ξεπερνούν αυτό ενός μπιζελιού, ορισμένα ανέπτυξαν εγκεφαλικά σήματα παρόμοια με αυτά που καταγράφονται σε πρόωρα μωρά. Πολλοί επιστήμονες εκτιμούν ότι τα οργανοειδή έχουν το δυναμικό να επιφέρουν τη μεγάλη επανάσταση στην ιατρική επιστήμη, καθώς επιτρέπουν στους ειδικούς να ερευνήσουν τον ζώντα εγκέφαλο όπως ποτέ μέχρι σήμερα δεν ήταν εφικτό. Ωστόσο, η έρευνα παραμένει άκρως αμφιλεγόμενη, καθώς δεν είναι εντελώς σαφές πότε ξεπερνιούνται τα όρια και αρχίζουν τα πειράματα σε άνθρωπο. Χθες, στο ετήσιο συνέδριο της Εταιρείας Νευροεπιστημών, ερευνητές τόνισαν ότι οι επιστήμονες που εργάζονται με εγκεφαλικά οργανοειδή προσεγγίζουν την υπερκέραση των ηθικών ορίων, ενώ κάποιοι άλλοι μπορεί να το έχουν ήδη πράξει, δημιουργώντας εργαστηριακά τμήματα εγκεφάλου, τα οποία αισθάνονται.

«Ακόμη και αν υπάρχει μία πιθανότητα το οργανοειδές να αισθάνεται, ίσως ήδη να έχουμε διαβεί τον “ηθικό Ρουβίκωνα”», δήλωσε ο Ελάν Οχαγιόν, επικεφαλής του Green Neuroscience Laboratory, στο Σαν Ντιέγκο της Καλιφόρνιας. «Δεν θέλουμε να γίνονται έρευνες σε κάτι που πιθανώς να υποφέρει».

Mini brains at 10 months. (Muotri Lab/UCTV)

Σύμφωνα με μελέτη του πανεπιστημίου Χάρβαρντ, τα εγκεφαλικά οργανοειδή αναπτύσσουν μεγάλη ποικιλία ιστών, από νευρώνες εγκεφαλικού φλοιού μέχρι κύτταρα αμφιβληστροειδούς. Οργανοειδή που αναπτύχθηκαν επί οκτάμηνο είχαν τα δικά τους νευρωνικά δίκτυα, τα οποία αντιδρούσαν στην έκθεση στο φως. Σε μια άλλη μελέτη, που εκπονήθηκε από το Ινστιτούτο Σαλκ του Σαν Ντιέγκο, οι ερευνητές εμφύτευσαν ανθρώπινα εγκεφαλικά οργανοειδή στον εγκέφαλο ποντικού και διαπίστωσαν ότι αυτά συνδέθηκαν με το αιμοφόρο δίκτυο του ζώου, δημιουργώντας νέες συνάψεις.

Ο Οχάγιον και οι συνεργάτες του ζητούν το άμεσο «πάγωμα» όλων των χρηματοδοτήσεων σε έρευνες που προβλέπουν την εμφύτευση ανθρώπινων εγκεφαλικών οργανοειδών σε ζώα, όπως εξάλλου και σε κάθε άλλη έρευνα όπου υπάρχει έστω και απειροελάχιστη πιθανότητα τα οργανοειδή να έχουν συναίσθηση. Ο Οχάγιον, άλλωστε, έχει ήδη δημιουργήσει κάποια ηλεκτρονικά πρότυπα, τα οποία μπορούν να προβλέψουν πότε ενδέχεται ένα εγκεφαλικό οργανοειδές να εμφανιστεί συναίσθηση, αλλά τονίζει ότι υπάρχει άμεση ανάγκη για περαιτέρω έρευνες.

Στη Βρετανία έχει ήδη απαγορευθεί η έρευνα σε ανθρώπινα έμβρυα που είναι μεγαλύτερα των 14 ημερών, προκειμένου να αποτραπεί το ενδεχόμενο τα υπό ανάπτυξη όντα να υποφέρουν.

Πηγές: https://www.abstractsonline.com/pp8/#!/7883/presentation/58037 - https://www.theguardian.com/science/2019/oct/21/scientists-may-have-crossed-ethical-line-in-growing-human-brains - https://www.kathimerini.gr/1048178/article/epikairothta/episthmh/episthmones-3eperasan-ta-oria

Δημιουργήθηκε ο πρώτος μεγάλος κβαντικός επεξεργαστής, φτιαγμένος μόνο από φως. Weaving quantum processors out of laser light

Μία διεθνής ομάδα ερευνητών από την Αυστραλία, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ δημιούργησε τον πρώτο κβαντικό επεξεργαστή μεγάλης κλίμακας, κατασκευασμένο αποκλειστικά από φως λέιζερ. The entanglement structure of a large-scale quantum processor made of light. Credit: Shota Yokoyama 2019

Μία διεθνής ομάδα ερευνητών από την Αυστραλία, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ ανακοίνωσε ότι άνοιξε έναν νέο δρόμο στο πεδίο των κβαντικών υπολογιστών, δημιουργώντας τον πρώτο κβαντικό επεξεργαστή μεγάλης κλίμακας, κατασκευασμένο αποκλειστικά από φως λέιζερ.

Μετά από προσπάθειες δέκα ετών δημιουργήθηκε ένας επεξεργαστής, όλα τα συστατικά του οποίου είναι φτιαγμένα από φως. Ο νέος επεξεργαστής (που λέγεται «cluster state») αποτελείται από μία ομάδα κβαντικά «διαπλεκόμενων» συστατικών που επιτρέπουν την εκτέλεση κβαντικών υπολογισμών.

O «cluster state» κάνει την υπέρβαση μέσω του φωτός

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον δρα Νίκολας Μενικούτσι του Κέντρου Κβαντικού Υπολογισμού και Τεχνολογίας Επικοινωνιών του Πανεπιστημίου RMIT της Μελβούρνης, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science».

Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται πιο γρήγορες λύσεις στα δύσκολα προβλήματα, όμως μέχρι σήμερα βασίζονται σε κβαντικούς επεξεργαστές που είναι μικροί και επιρρεπείς σε σφάλματα.

Ο νέος κβαντικός σχεδιασμός αποτελεί μία εναλλακτική πρόταση, καθώς χρησιμοποιεί φως για να λειτουργήσει σε μεγάλη κλίμακα, όπως απαιτείται προκειμένου οι κβαντικοί υπολογιστές να ξεπεράσουν τελικά τους κλασσικούς υπολογιστές.

Το «συμπιεσμένο» φως ως επεξεργαστής

A network of optical devices -- mirrors, beamsplitters, and optical fibres -- weave laser light into an optical quantum processor. Credit: CQC2T

«Παρόλο που οι σημερινοί κβαντικοί επεξεργαστές είναι εντυπωσιακοί, δεν είναι σαφές αν ο τωρινός σχεδιασμός τους επιτρέπει να κλιμακωθούν σε πολύ μεγάλα μεγέθη. Η δική μας προσέγγιση εξ αρχής ενσωματώνει ακριβώς αυτήν τη δυνατότητα, καθώς ο επεξεργαστής μας είναι φτιαγμένος από φως», δήλωσε ο Μενικούτσι.

Στον νέο επεξεργαστή, ειδικά σχεδιασμένοι κρύσταλλοι μετατρέπουν το συνηθισμένο φως λέιζερ σε έναν τύπο κβαντικού φωτός, το «συμπιεσμένο» φως, το οποίο τελικά λειτουργεί ως επεξεργαστής με τη βοήθεια ενός δικτύου κατόπτρων, διαχωριστών δέσμης και οπτικών ινών.

Πηγές: "Generation of time-domain-multiplexed two-dimensional cluster state" Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aay2645 - https://phys.org/news/2019-10-quantum-processors-laser.html - https://www.tovima.gr/2019/10/22/science/dimiourgithike-o-protos-megalos-kvantikos-epeksergastis-ftiagmenos-mono-apo-fos/

Ο περιορισμός της εγκεφαλικής δραστηριότητας ενδέχεται να αυξάνει το προσδόκιμο ζωής. Excessive brain activity linked to a shorter life

Η νευρική δραστηριότητα του εγκεφάλου —που επί σειράν ετών θεωρείται ότι εμπλέκεται σε πλήθος διαταραχών, από την άνοια έως την επιληψία— παίζει ρόλο στη διαδικασία της γήρανσης και στο προσδόκιμο ζωής, σύμφωνα με νέα έρευνα, που διεξήχθη από το Ινστιτούτο Blavatnik της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ. Researchers discover that the activity of the nervous system might influence human longevity. Neural excitation linked to shorter life, while suppression of overactivity appears to extend life span. Protein REST, previously shown to protect aging brains from dementia and other diseases, emerges as a key player in molecular cascade related to aging. Findings suggest future avenues for intervention in diseases ranging from Alzheimer's to bipolar disorder. Credit: ANDREW BROOKES

Η νευρική δραστηριότητα του εγκεφάλου – που επί σειράν ετών θεωρείται ότι εμπλέκεται σε πλήθος διαταραχών από την άνοια έως την επιληψία – παίζει ρόλο στη διαδικασία της γήρανσης και στο προσδόκιμο ζωής, σύμφωνα με νέα έρευνα, που διεξήχθη από το Ινστιτούτο «Blavatnik» της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε την Τετάρτη στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature», βασίστηκε σε ευρήματα από ανθρώπινους εγκεφάλους, ποντίκια και σκουλήκια και έδειξε ότι η υπερβολική δραστηριότητα του εγκεφάλου περιορίζει το προσδόκιμο ζωής ενώ αντίθετα η καταστολή της υπερδραστηριότητας, το επεκτείνει.

Αν και προηγούμενες έρευνες είχαν ήδη διαπιστώσει ότι μέρη του νευρικού συστήματος επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο γερνούν τα ζώα, η συγκεκριμένη μελέτη είναι η πρώτη που εξέτασε το πώς η εγκεφαλική δραστηριότητα επηρεάζει την αύξηση ή τη μείωση του προσδόκιμου ζωής.

Πώς  η γονιδιακή έκφραση επηρεάζει το προσδόκιμο ζωής

Roundworm Caenorhabditis elegans (stock image). Credit: © heitipaves / Adobe Stock

Ο Μπρους Γιάνκνερ από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ μαζί με συνεργάτες του επιχείρησαν να μελετήσουν πώς η γονιδιακή έκφραση στον εγκέφαλο επηρεάζει το προσδόκιμο ζωής των ανθρώπων. Αυτοί μελέτησαν τον εγκεφαλικό ιστό χιλιάδων υγιών ανθρώπων που πέθαναν σε ηλικίες από 60 έως 100 έτη. Όταν συνέκριναν δείγματα από εκείνους που πέθαναν πριν από την ηλικία των 80 ετών με εκείνους που ήταν τουλάχιστον 85 ετών όταν πέθαναν, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι αυτοί που έζησαν περισσότερο είχαν σημαντικά λιγότερα γονίδια που συνδέονται με εγκεφαλική διέγερση.

Προκειμένου να διερευνήσουν αν πράγματι αυτός είναι ένας παράγοντας που παίζει ρόλο στο προσδόκιμο ζωής, ο Γιάνκνερ και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν σε σκουλήκια φάρμακα που καταστέλλουν την εγκεφαλική δραστηριότητα. Όσο πιο πολύ κατέστελλαν την νευρική δραστηριότητα, τόσο περισσσότερο ζούσαν τα σκουλήκια κατά μέσο όρο. Το ίδιο συνέβη και με τα σκουλήκια που είχαν εκ φύσεως γονίδια που καταστέλλουν την εγκεφαλική υπερδραστηριότητα.

Τι συμβαίνει με την εγκεφαλική δραστηριότητα των σκουληκιών

Mice lacking the protein REST (bottom) showed much higher neural activity in the brain (red) than normal mice (top). Image: Yankner Lab/Nature

Ο Γιάνκνερ εξήγησε πως η συσχέτιση είναι αμφίδρομη και δήλωσε: «Η μείωση της νευρικής δραστηριότητας στα σκουλήκια αυξάνει το προσδόκιμο ζωής ενώ η αύξησή της το μειώνει».

Το επίπεδο της νευρικής δραστηριότητας στα θηλαστικά εκτιμήθηκε με τη μέτρηση μιας πρωτεΐνης γνωστής ως REST. Τα ποντίκια που δεν είχαν αυτό το γονίδιο παρουσίαζαν σημαντικά αυξημένη εγκεφαλική δραστηριότητα συγκριτικά με εκείνα που το είχαν.

Η συγκεκριμένη πρωτεΐνη έχει φανεί πως έχει προστατευτική επίδραση για την άνοια και άλλες διαταραχές. Σε αυτή τη μελέτη, ο Γιάνκνερ και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι τα επίπεδα της πρωτεϊνης REST στους πυρήνες των εγκεφαλικών κυττάρων των ανθρώπων που έζησαν μέχρι την ηλικία των 100 ήταν σημαντικά υψηλότερα από τα αντίστοιχα αυτών που πέθαιναν νέοι.

«Αρχικά φαινόταν παράδοξο ότι η καταστολή της νευρικής δραστηριότητας επεκτείνει τη διάρκεια ζωής χωρίς επιβλαβείς παρενέργειες», λέει ο ίδιος. Οι ερευνητές υποπτεύονται ότι το όφελος προέρχεται από την καταστολή της υπερβολικής εγκεφαλικής δραστηριότητας η οποία σε τόσο υψηλά επίπεδα μπορεί να αποδειχθεί επιβλαβής. Παρόλα αυτά, κατά τον Γιάνκνερ είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι κάτι τόσο βραχύβιο όσο η δραστηριότητα του νευρικού κυκλώματος θα μπορούσε να έχει τόσο μεγάλες επιπτώσεις στη ζωή κάποιου.

Είναι αισιόδοξο ότι οι θεραπείες που έχουν σχεδιαστεί για τη μείωση της υπερβολικής δραστηριότητας νευρικών κυκλωμάτων θα μπορούσαν να λειτουργήσουν. Σύμφωνα με τα ευρήματα αυτά, πιθανότατα δραστηριότητες όπως ο διαλογισμός μπορούν επίσης να συμβάλουν στην επίτευξη της μακροζωίας.

Πηγές: Regulation of lifespan by neural excitation and REST. Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586-019-1647-8 - https://hms.harvard.edu/news/new-player-human-aging - https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191016131224.htm - https://www.tovima.gr/2019/10/19/science/o-periorismos-tis-egkefalikis-drastiriotitas-endexetai-na-ayksanei-to-prosdokimo-zois/