Οι φυσικοί μέτρησαν τον «μαγικό αριθμό» που καθορίζει το σύμπαν. Physicists Nail Down the ‘Magic Number’ That Shapes the Universe

Μια ομάδα φυσικών στο Παρίσι πραγματοποίησε την ακριβέστερη μέτρηση της σταθεράς λεπτής υφής, ‘σκοτώνοντας’ τις ελπίδες για την ανακάλυψη κάποιου νέου είδους δύναμης στη φύση. A team in Paris has made the most precise measurement yet of the fine-structure constant, killing hopes for a new force of nature. The fine-structure constant was introduced in 1916 to quantify the tiny gap between two lines in the spectrum of colors emitted by certain atoms. The closely spaced frequencies are seen here through a Fabry-Pérot interferometer. Computational Physics Inc.

Μια ομάδα φυσικών στο Παρίσι πραγματοποίησε την ακριβέστερη μέτρηση της σταθεράς λεπτής υφής, ‘σκοτώνοντας’ τις ελπίδες για την ανακάλυψη κάποιου νέου είδους δύναμης στη φύση.

Διάφορες εκφράσεις της σταθεράς λεπτής υφής. Η σταθερά αυτή είναι αδιάστατος αριθμός – δεν έχει μονάδες μέτρησης.

Η σταθερά λεπτής υφής συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα α και εκφράζει την ισχύ της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Είναι αδιάστατη σταθερά και ισούται περίπου με 1/137 (παρά την «πίστη» του Arthrur Eddington, ότι η τιμή της ισούται ακριβώς με 1/137). Η τιμή αυτή φαίνεται μικρή όταν συγκρίνεται με την ισχύ των ισχυρών (πυρηνικών) δυνάμεων, αλλά πολύ μεγαλύτερη όταν συγκρίνεται με την ισχύ των ασθενών (πυρηνικών) δυνάμεων, και τεράστια αν συγκριθεί με την ισχύ των βαρυτικών δυνάμεων.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/funfor.html

Από τις θεμελιώδεις παγκόσμιες σταθερές η ταχύτητα του φωτός c, απολαμβάνει την μεγαλύτερη δόξα. Όμως, η αριθμητική τιμή της ταχύτητας του φωτός δεν μας λέει τίποτα για την φύση. Η τιμή της διαφέρει ανάλογα με το αν μετράται σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο ή σε χιλιόμετρα ανά ώρα. Η σταθερά λεπτής υφής, αντίθετα, δεν έχει διαστάσεις ή μονάδες. Είναι ένας καθαρός αριθμός – «ένας ακατανόητος μαγικός αριθμός», σύμφωνα με τον Richard Feynman, ενώ ο Paul Dirac θεωρούσε την προέλευση του αριθμού αυτού ως «το πιο θεμελιώδες άλυτο πρόβλημα της φυσικής». Η σταθερά της λεπτής υφής είναι παντού, δεδομένου ότι χαρακτηρίζει την ισχύ της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης με την οποία αλληλεπιδρούν όλα τα φορτισμένα σωματίδια όπως ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Στον καθημερινό μας κόσμο, όλα είναι είτε βαρύτητα είτε ηλεκτρομαγνητισμός. Και γι‘ αυτό η σταθερά α είναι τόσο σημαντική.

Process for measuring the fine-structure constant. Morel et al. report a highly precise determination of the fine-structure constant — the physical constant that defines the strength of the electromagnetic force between elementary particles. a, In the measurement of this constant, a beam of light from a laser causes an atom to recoil. The red and blue colours correspond to the light wave’s peaks and troughs, respectively. The kinetic energy of the recoil is used to deduce the atom’s mass. b, The value of the atom’s mass is then combined with the precisely known ratio of the atom’s mass to the electron’s mass to infer the mass of an electron. c, Finally, the electron’s mass and the binding energy of a hydrogen atom are used to determine the fine-structure constant. The binding energy is known from spectroscopy, whereby light emitted from a hydrogen atom is analysed.

Οι φυσικοί θέλουν να μετρήσουν τη σταθερά λεπτής υφής όσο το δυνατόν ακριβέστερα. H ακριβής μέτρησή της επιτρέπει τον έλεγχο της θεωρίας που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις των στοιχειωδών σωματιδίων – το πολύπλοκο σύνολο εξισώσεων που είναι γνωστό ως Καθιερωμένο Πρότυπο της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων.

Σε χτεσινή δημοσίευση στο περιοδικό Nature με τίτλο «Determination of the fine-structure constant with an accuracy of 81 parts per trillion» , μια ομάδα τεσσάρων φυσικών με επικεφαλής την Saïda Guellati-Khélifa στο Εργαστήριο Kastler Brossel στο Παρίσι ανέφερε την ακριβέστερη μέχρι σήμερα μέτρηση της σταθεράς λεπτής υφής. Η ομάδα μέτρησε την τιμή της σταθεράς μέχρι το 11ο δεκαδικό ψηφίο, βρίσκοντας την τιμή (στην εργασία αναφέρεται η τιμή του 1/α):

1/α=137.035999206(11)

με τα δύο τελευταία ψηφία να είναι αβέβαια. Το σφάλμα είναι ελάχιστο, μόλις 81 μέρη ανά τρισεκατομμύριο και η μέτρηση είναι περίπου τρεις φορές ακριβέστερη από την προηγούμενη καλύτερη μέτρηση του 2018 από την ομάδα Müller στο Berkeley. Η Guellati-Khélifa κατείχε το ρεκόρ ακριβέστερης μέτρησης πριν από τον Müller το 2011!

Η Saïda Guellati-Khélifa στο εργαστήριό της στο Παρίσι. Saïda Guellati-Khélifa in her laboratory in Paris. Jean-François Dars and Anne Papillaut

Η Guellati-Khélifa βελτιώνει το πείραμά της συνεχώς τα τελευταία 22 χρόνια(!). Προσδιορίζει την σταθερά λεπτής υφής, μελετώντας τις ανακρούσεις των ατόμων ρουβιδίου όταν απορροφούν ένα φωτόνιο. Ο Müller κάνει το ίδιο με τα άτομα καισίου. Ο Müller παραδέχθηκε τους ανταγωνιστές του, δηλώνοντας πως «μια μέτρηση τρεις φορές ακριβέστερη είναι πολύ μεγάλη υπόθεση. Ας μην ντρεπόμαστε λοιπόν να το ονομάσουμε ένα μεγάλο επίτευγμα.»

Η παλαιότερη μέτρηση του Müller 2018 είχε χαιρετιστεί ως ο μεγαλύτερος θρίαμβος του Καθιερωμένου Προτύπου. Το νέο αποτέλεσμα της Guellati-Khélifa είναι ακόμη μεγαλύτερος. Πρόκειται για την ακριβέστερη συμφωνία μεταξύ θεωρίας και πειράματος μέχρι σήμερα.

Πηγές: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2964-7 - https://www.nature.com/articles/d41586-020-03314-0 - https://www.quantamagazine.org/physicists-measure-the-magic-fine-structure-constant-20201202/ - https://physicsgg.me/2020/12/04/

 

 

 

Χρονοκάψουλες κοσμικών ακτίνων. Cosmic-Ray Time Capsules

Μια νέα τεχνική προτείνεται για την μελέτη της ιστορίας των κοσμικών ακτίνων από τον Γαλαξία μας. Βασίζεται στην παρατήρηση των ιχνών που προκαλούν τα νετρίνα σε πετρώματα που βρίσκονται θαμμένα πολύ βαθιά στη Γη. A proposed technique to study our Galaxy’s cosmic-ray history involves observing the damage created by neutrinos within deeply buried rocks. Cosmic rays collide with molecules in Earth’s atmosphere, creating showers of particles that include neutrinos. The neutrinos can penetrate deep within Earth’s surface, where they may leave a cosmic-ray record in buried rocks. NSF/J.Yang

Η επιφάνεια της Γης βομβαρδίζεται συνεχώς από κοσμικές ακτίνες – υψηλής ενέργειας σωματίδια (κυρίως πρωτονίων και ελαφρών πυρήνων) – που προέρχονται από διάφορες αστρονομικές πηγές. Αν γνωρίζαμε τον τρόπο με τον οποίο μεταβαλλόταν αυτή η ροή σε χρονικό διάστημα δισεκατομμυρίων ετών, θα μπορούσαμε να αποκαλύψoυμε ενδείξεις για τις πηγές της και την εξέλιξή της. Μια ομάδα επιστημόνων πρότεινε μια μέθοδο για την ανάγνωση των υπογραφών των κοσμικών ακτίνων σε αρχαία πετρώματα που εξήχθησαν με γεωλογικές γεωτρήσεις από τα βάθη της Γης. Οι ερευνητές δείχνουν ότι τα αποτυπώματα στις κρυσταλλικές δομές που οφείλονται σε σωματίδια-προϊόντα των συγκρούσεων κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα, μπορεί να διατηρούνται στα πετρώματα για δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτές οι καταγραφές ενδέχεται να εκφράζουν τις υπογραφές αρχέγονων γεγονότων, όπως εκρήξεις σουπερνόβα στην γαλαξιακή γειτονιά μας.

Οι επιστήμονες μπορούν να ανακατασκευάσουν το ιστορικό αρχείο της ροής κοσμικών ακτίνων μετρώντας τη συγκέντρωση του ισότοπου βηρυλλίου-10 στα πετρώματα. Το βηρύλλιο-10 είναι προϊόν πυρηνικών αντιδράσεων μεταξύ κοσμικών ακτίνων και πυρήνων ατόμων της ατμόσφαιρας, αλλά δεδομένου ότι ο χρόνος ημιζωής του είναι 1.39×10⁶ χρόνια, σημαίνει ότι τέτοιες καταγραφές συνέβησαν πριν από μερικά εκατομμύρια χρόνια (μόνο).
Όμως, τα νετρίνα θα μπορούσαν να έχουν προκαλέσει πολύ παλαιότερες καταγραφές.

Νετρίνα παράγονται και από τις συγκρούσεις των κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα, και δεδομένου ότι αλληλεπιδρούν ασθενώς με την ύλη μπορούν να διεισδύσουν βαθιά στη Γη πριν συγκρουστούν με ένα άτομο που ανήκει σε βράχο βαθιά θαμμένο στη Γη. Μια τέτοια σύγκρουση μπορεί να διασπάσει το άτομο, προκαλώντας παράπλευρες μετατοπίσεις σε μορφή ιχνών κατά μήκος των οποίων πολλά άτομα στον κρύσταλλο εκτοπίζονται εξαιτίας της ανάκρουσης των πυρήνων τους.

Η ιδέα της χρήσης των ανακρουόμενων πυρήνων σε αρχέγονα πετρώματα ως παγωμένες υπογραφές των εξωτικών σωματιδίων έχει μεγάλη ιστορία. Παλαιότερα είχε προταθεί να χρησιμοποιηθούν τα αποτυπώματα των διαδρομών που οφείλονται στα νετρίνα ως καταγραφές παλαιότερων εκρήξεων σουπερνόβα. Εκτός λοιπόν από τα νετρίνα που φτάνουν απευθείας από τα σουπερνόβα στο εσωτερικό της Γης, κανείς μέχρι σήμερα δεν είχε θεωρήσει τα ίχνη σε πετρώματα ως αποτυπώματα νετρίνων που προκύπτουν από τις συγκρούσεις των κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα της Γης.

Οι Josh Spitz, η Ann Arbor και οι συνάδελφοί τους, με βάση τον αριθμό των «ατμοσφαιρικών» νετρίνων που δημιουργούνται από τη σημερινή ροή κοσμικών ακτίνων, υπολογίζουν ότι σε 100 γραμμάρια του ορυκτού αλογίτη (χλωριούχο νάτριο, που επιλέχθηκε ως απλό παράδειγμα πετρώματος-στόχου), ηλικίας δισεκατομμυρίων ετών, πρέπει να περιέχει περίπου 60.000 ίχνη (!) που οφείλονται σε νετρίνα.

Οι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει προσομοιώσεις σε υπολογιστή για να μοντελοποιήσουν το αποτύπωμα που θα αφήσουν τα νετρίνα. Τα προβλεπόμενα ίχνη έχουν μεγάλο εύρος μήκους, αλλά αυτά που έχουν μήκος 2 έως 20 ή 50 έως 1000 μικρόμετρα διαχωρίζονται από τα ίχνη υποβάθρου που παράγονται, για παράδειγμα, από τη διάσπαση ραδιενεργών στοιχείων στη Γη ή από νετρίνα προερχόμενα από τον Ήλιο ή από κοντινά σουπερνόβα. Για να εξαλειφθεί το υπόβαθρο από λιγότερο διεισδυτικά σωματίδια, όπως τα μιόνια των κοσμικών ακτίνων, οι ερευνητές προτείνουν τη χρήση πετρωμάτων από βάθη μεγαλύτερα των 5 χιλιομέτρων. Σχεδόν κάθε ορυκτό που δεν είναι αγώγιμο μπορεί δυνητικά να σχηματίσει και να διατηρήσει ίχνη στα τεράστια γεωλογικά χρονικά διαστήματα.

Δείγμα πετρώματος με μεγάλο αριθμό ιχνών πυρηνικής ανάκρουσης που οφείλονται σε προϊόντα πυρηνικής σχάσης. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι δείγματα πετρωμάτων από γεωτρήσεις μεγάλου βάθους μπορεί να περιέχουν παρόμοια ίχνη από νετρίνα που προκύπτουν από τις αλληλεπιδράσεις των κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα. This rock sample exhibits a large number of nuclear-recoil tracks coming from nuclear fission products. Researchers have proposed that rock samples from deep boreholes may contain similar tracks arising from neutrinos that originate in cosmic-ray interactions. A. J. W. Gleadow et al., Rev. Mineral. Geochem. 48, 579 (2002)

Οι ερευνητές δείχνουν ότι, μελετώντας δείγματα με ένα εύρος διαφορετικών ηλικιών μέσα στα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια περίπου, θα πρέπει να είναι δυνατή η διάκριση μεταξύ, π.χ. μιας σταθερής ροής κοσμικών ακτίνων, από μια που αυξάνεται σταθερά και μιας άλλης όπου υπάρχει ξαφνική αλλά παροδική αύξηση λόγω κάποιου κοσμικού συμβάντος.

Cosmic rays produced by high-energy astrophysics sources (ASPERA collaboration – AStroParticle ERAnet)

Προσδιορίζοντας την εξέλιξη στην ροή των κοσμικών ακτίνων μπορούν να αποκαλυφθούν πιθανές τάσεις που σχετίζονται με την τροχιά των τελευταίων (!) 250 εκατομμυρίων ετών του ηλιακού μας συστήματος γύρω από το κέντρο του Γαλαξία μας. Οι μετρήσεις που μας πάνε δισεκατομμύρια χρόνια πίσω στο παρελθόν, θα παρείχαν πληροφορίες για την διάδοση και την παραγωγή κοσμικών ακτίνων στο Γαλαξία μας.

Απομένει αρκετή δουλειά που πρέπει να γίνει πριν από την υλοποίηση της ιδέας, λένε ο Spitz και οι συνεργάτες του. Θα χρειαστούν εργαστηριακές μετρήσεις για την επαλήθευση των μοντέλων σχηματισμού ιχνών σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα και υπάρχουν υλικοτεχνικές προκλήσεις για την συλλογή και ανάλυση δειγμάτων πετρωμάτων από γεωτρήσεις μεγάλου βάθους, προτού τα ίχνη τους μολυνθούν από την έκθεση στην επιφάνεια.

«Η γεωφυσική μέθοδος που προτείνεται εδώ θα προσφέρει έναν νέο τρόπο διερεύνησης της δραστηριότητας των κοσμικών ακτίνων», λέει ο αστροφυσικός Brian Fields του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις. «Αυτή η δραστηριότητα θα μπορούσε να αποκαλύψει την ιστορία σχηματισμού των άστρων του Γαλαξία μας, και θα μπορούσε να συγκριθεί με άλλους γαλαξίες».

Μελέτες μετεωριτών δεν έχουν δείξει σαφή στοιχεία για οποιαδήποτε αλλαγή στη ροή κοσμικών ακτίνων σε χρονικά διαστήματα από εκατομμύρια μέχρι δισεκατομμύρια χρόνια, λέει ο αστροχημικός Rainer Wieler του ETH στη Ζυρίχη. Αλλά αυτές οι μέθοδοι δεν είναι ευαίσθητες σε βραχυπρόθεσμες αλλαγές. Η νέα προσέγγιση θα μπορούσε να αποφύγει αυτόν τον περιορισμό εφόσον βρεθούν αρχέγονα (χρονολογημένα με ακρίβεια) πετρώματα σε μεγάλο βάθος.

Πηγές: https://physics.aps.org/articles/v13/186 - https://physicsgg.me/2020/12/02/

 

 

Κωνσταντίνος Π. Καβάφης, «Έτσι πολύ ατένισα –». Constantine P. Cavafy, “I’ve Looked So Much...”

Piero di Cosimo (1462–1521), Portrait of Simonetta Vespucci (1490), media not known, 57 x 42 cm, Musée Condé, Chantilly, France. Wikimedia Commons.

Την εμορφιά έτσι πολύ ατένισα,

που πλήρης είναι αυτής η όρασίς μου.

 

Γραμμές του σώματος. Κόκκινα χείλη. Μέλη ηδονικά.

Μαλλιά σαν από αγάλματα ελληνικά παρμένα·

πάντα έμορφα, κι αχτένιστα σαν είναι,

και πέφτουν, λίγο, επάνω στ’ άσπρα μέτωπα.

Πρόσωπα της αγάπης, όπως τάθελεν

η ποίησίς μου .... μες στες νύχτες της νεότητός μου,

μέσα στες νύχτες μου, κρυφά, συναντημένα ....

Gustav Klimt (1862–1918), Love (1895), oil on canvas, 60 × 44 cm, Museen der Stadt Wien, Vienna, Austria. Wikimedia Commons.

Επιμέλεια Γ. Π. Σαββίδη. Τα Ποιήματα, Τ. Α’ 1897 - 1918, Ίκαρος 1963

I’VE LOOKED SO MUCH...

Mattia Preti (1613–1699), Erminia, Princess of Antioch (date not known), oil on canvas, 98 x 73 cm, location not known. Wikimedia Commons.

I’ve looked on beauty so much

that my vision overflows with it.

 

The body’s lines. Red lips. Sensual limbs.

Hair as though stolen from Greek statues,

always lovely, even uncombed,

and falling slightly over pale foreheads.

Figures of love, as my poetry desired them

.... in the nights when I was young,

encountered secretly in those nights. 

Ferdinand Hodler (1853–1918), The Night (1889-90), oil on canvas, 116.5 × 299 cm, Kunstmuseum Bern, Bern, Switzerland. Wikimedia Commons.

Reprinted from C. P. CAVAFY: Collected Poems Revised Edition, translated by Edmund Keeley and Philip Sherrard, edited by George Savvidis. Translation copyright © 1975, 1992 by Edmund Keeley and Philip Sherrard. Princeton University Press.

 

 

Λύθηκε με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης ένα μυστήριο της βιολογίας σχετικά με τη δομή των πρωτεϊνών. ‘It will change everything’: DeepMind’s AI makes gigantic leap in solving protein structures

Το επίτευγμα, που χαρακτηρίσθηκε ορόσημο από τον επιστημονικό κόσμο, θα βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση διαφόρων ασθενειών και στην επιτάχυνση της ανάπτυξης νέων φαρμάκων, μεταξύ άλλων για την Covid-19. Inside every cell in your body, billions of tiny molecular machines are hard at work. They’re what allow your eyes to detect light, your neurons to fire, and the ‘instructions’ in your DNA to be read, which make you the unique person you are. Google’s deep-learning program for determining the 3D shapes of proteins stands to transform biology, say scientists. A protein’s function is determined by its 3D shape. Credit: DeepMind

Ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης με την ονομασία AlphaFold, που αναπτύχθηκε από τη βρετανική εταιρεία DeepMind, θυγατρική της Google, κατάφερε για πρώτη φορά να λύσει ένα από τα μεγάλα μυστήρια της βιολογίας εδώ και δεκαετίες: να προβλέπει γρήγορα και με ακρίβεια πώς θα αναδιπλωθούν οι πρωτεΐνες, ποιο τρισδιάστατο σχήμα θα πάρουν και άρα ποια θα είναι η λειτουργία τους. Το επίτευγμα, που χαρακτηρίσθηκε ορόσημο από τον επιστημονικό κόσμο, θα βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση διαφόρων ασθενειών και στην επιτάχυνση της ανάπτυξης νέων φαρμάκων, μεταξύ άλλων για την Covid-19.

Source: DeepMind

Σε ένα σχετικό διαγωνισμό, το «έξυπνο» σύστημα AlphaFold νίκησε, καθώς μπόρεσε γρήγορα να προβλέψει σωστά τουλάχιστον τα δύο τρίτα της δομής των πρωτεϊνών, με βάση μόνο την αρχική αλληλουχία (αλυσίδα) των αμινοξέων τους, κάτι που για να το πετύχουν οι άνθρωποι, χρειάζονται δαπανηρές και χρονοβόρες διαδικασίες στο εργαστήριο. Μέσα σε λίγες μέρες, ο αλγόριθμος έκανε δουλειά που οι επιστήμονες θέλουν χρόνια στο εργαστήριο τους.

Two examples of protein targets in the free modelling category. AlphaFold predicts highly accurate structures measured against experimental result. Credit: DeepMind

«Έμεινα πραγματικά έκθαμβος, όταν το είδα. Δεν περίμενα ποτέ να το δω όσο ζούσα», δήλωσε ο δομικός βιολόγος δρ Τζον Μουλτ του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ, ένας από τους διοργανωτές του διεθνούς επιστημονικού διαγωνισμού CASP (Critical Assessment of protein Structure Prediction), που ξεκίνησε το 2004 και γίνεται ανά διετία.

Join DeepMind Science Engineer Kathryn Tunyasuvunakool to explore the hidden world of proteins. These tiny molecular machines underpin every biological process in every living thing and each one has a unique 3D shape that determines how it works and what it does. But figuring out the exact structure of a protein is an expensive and often time-consuming process, meaning we only know the exact 3D structure of a tiny fraction of the 200m proteins known to science. Being able to accurately predict the shape of proteins could accelerate research in every field of biology. That could lead to important breakthroughs like finding new medicines or finding proteins and enzymes that break down industrial and plastic waste or efficiently capture carbon from the atmosphere.  Join Kathryn as she explains what protein folding is, why it's important and how our Artificial Intelligence system AlphaFold offers a solution to this grand scientific challenge. Credit: DeepMind

Οι δεκάδες χιλιάδες διαφορετικές πρωτεΐνες παίζουν ζωτικό ρόλο στην υγεία και στις ασθένειες του σώματος, καθώς τα κύτταρα φτιάχνονται από πρωτεΐνες, το πολύπλοκο σχήμα των οποίων παίζει σημαντικό ρόλο. Για παράδειγμα, ο κορονοϊός που προκαλεί τη νόσο Covid-19, εισδύει στα ανθρώπινα κύτταρα, επειδή μια προεξέχουσα πρωτεΐνη-ακίδα που διαθέτει, ταιριάζει δομικά -όπως το κλειδί σε μια κλειδαριά- με μια πρωτεΐνη-υποδοχέα στα κύτταρα μας.

Tο σχήμα κάθε πρωτεΐνης καθορίζεται από την αλληλουχία 20 διαφορετικών αμινοξέων, που σχηματίζουν αλυσίδες για να φτιάξουν τις πρωτεΐνες (για τη σχετική ανακάλυψη δόθηκε το 1972 το Νόμπελ στον Κρίστιαν Άνφινσεν). Είναι εύκολο για τους βιολόγους να «διαβάσουν» αυτή την αλληλουχία, καθώς καθορίζεται από το DNA που την κωδικοποιεί, αλλά σχεδόν αδύνατο -παρά τις προσπάθειες μισού αιώνα περίπου- να προβλεφθεί το σχήμα μιας πρωτεΐνης με βάση τα δεκάδες ή εκατοντάδες αμινοξέα της.

The inside story of the DeepMind team of scientists and engineers who created AlphaFold, an AI system that is recognised as a solution to "protein folding", a grand scientific challenge for more than 50 years. Credit: DeepMind

Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες καταφεύγουν σε πειραματικές τεχνικές, όπως η κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ, η μικροσκοπία κρυο-ηλεκτρονίων και η φασματοσκοπία MMR, που όμως είναι πάρα πολύ δύσκολες, καθώς χρειάζονται μήνες ή χρόνια και δεν δουλεύουν πάντα σωστά. Όμως το νέο σύστημα βαθιάς μάθησης AlphaFold, που άρχισε να δοκιμάζεται το 2018 και έκτοτε βελτιώθηκε σημαντικά, μπορεί πλέον να συσχετίσει κάθε αλληλουχία αμινοξέων με μια διαφορετική πρωτεϊνική δομή. Πάντως έχει ακόμη περιθώρια βελτίωσης, καθώς π.χ. δεν τα πάει τόσο καλά με τις πρωτεΐνες των οποίων η δομή επηρεάζεται από αλληλεπιδράσεις με άλλες πρωτεΐνες.

Όπως δήλωσε ο εξελικτικός βιολόγος Αντρέι Λούπας του γερμανικού Ινστιτούτου Αναπτυξιακής Βιολογίας Μαξ Πλανκ, τα επόμενα λίγα χρόνια οι ερευνητές θα συνεχίσουν να «τσεκάρουν» οι ίδιοι την ακρίβεια των προβλέψεων του AlphaFold, αλλά μετά θα εξαρτιούνται αποκλειστικά από τους υπολογισμούς της τεχνητής νοημοσύνης. Όπως είπε, η πραγματική επανάσταση θα συμβεί, όταν πλέον οι επιστήμονες θα μπορούν να χρησιμοποιούν μόνο τους υπολογιστές για να προβλέπουν πώς οι πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με άλλα μόρια. «Αυτό θα αλλάξει τελείως το πρόσωπο της ιατρικής», εκτίμησε.

Ήδη, για παράδειγμα, ο αλγόριθμος AlphaFold προέβλεψε σωστά τα σχήματα αρκετών πρωτεϊνών του κορονοϊού SARS-CoV-2. Στο μέλλον θα έχει πιθανώς την ικανότητα να προβλέπει ποια από τα χιλιάδες υπάρχοντα φάρμακα προσδένονται σωστά σε αυτές τις πρωτεΐνες, άρα μπορεί να έχουν θεραπευτική δράση, χωρίς να χρειάζεται οι επιστήμονες να κάνουν πανάκριβα και πολύπλοκα πειράματα όπως τώρα.

Demis Hassabis, DeepMind’s chief executive, says that the company is learning what biologists want from AlphaFold. Credit: OLI SCARFF/AFP/Getty

Προς το παρόν, σύμφωνα με το "New Scientist", το BBC και το "Science", οι δημιουργοί του AlphaFold δεν έχουν αποκαλύψει πολλές λεπτομέρειες για το σύστημα τους, αλλά δήλωσαν ότι σύντομα θα κάνουν σχετική επιστημονική δημοσίευση. Η DeepMind δεν έχει ακόμη διευκρινίσει με ποιο τρόπο οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο θα μπορούν να αξιοποιήσουν το νέο σύστημα, αλλά υποσχέθηκε να διασφαλίσει ευρεία πρόσβαση.

Πηγές: deepmind.com/blog/article/alph … challenge-in-biology - https://www.nature.com/articles/d41586-020-03348-4 - https://www.amna.gr/home/article/510180/Luthike-me-ti-boitheia-tis-technitis-noimosunis-ena-mustirio-tis-biologias-schetika-me-ti-domi-ton-proteinon

 

 

 

Ενδείξεις νέας φυσικής στο πολωμένο φως από το αρχέγονο σύμπαν. A hint of new physics in polarized radiation from the early Universe

Ενδείξεις νέας φυσικής στην πολωμένη ακτινοβολία από το αρχέγονο σύμπαν: Η περιστροφή του επιπέδου πόλωσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος (πορτοκαλί γραμμή) μπορεί να οφείλεται στην σκοτεινή ύλη ή την σκοτεινή ενέργεια. Αυτό φαίνεται ως μεταβολή των μοτίβων της πόλωσης (μαύρες γραμμές). Οι κόκκινες και μπλε περιοχές δείχνουν τις θερμές και ψυχρές περιοχές του κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων, αντίστοιχα. A new analysis of the cosmic microwave background shows that its polarization may be rotated by exotic effects indicating beyond-standard-model physics. As the light of the cosmic microwave background emitted 13.8 billion years ago (left image) travels through the Universe until observed on Earth (right image), the direction in which the electromagnetic wave oscillates (orange line) is rotated by an angle β. The rotation could be caused by dark matter or dark energy interacting with the light of the cosmic microwave background, which changes the patterns of polarization (black lines inside the images). The red and blue regions in the images show hot and cold regions of the cosmic microwave background, respectively. Credit: Y. Minami / KEK

Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου από το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck, οι φυσικοί Yuto Minami και Eiichiro Komatsu υποστηρίζουν ότι ανακάλυψαν ενδείξεις νέας φυσικής. Ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο για την μέτρηση της γωνίας στροφής του επιπέδου πόλωσης της αρχέγονης μικροκυματικής ακτινοβολίας. Αν και το σήμα δεν ανιχνεύεται με αρκετή ακρίβεια ώστε να εξαχθούν οριστικά συμπεράσματα, φαίνεται πως εξαιτίας της σκοτεινής ύλης ή της σκοτεινής ενέργειας προκύπτει παραβίαση της λεγόμενης «συμμετρίας ομοτιμίας» .

Για τον ηλεκτρομαγνητισμό και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ισχύει η διατήρηση της ομοτιμίας: το αναλλοίωτο σε μετασχηματισμούς αναστροφής χώρου ή πιο απλά, η συμμετρία αριστερού-δεξιού. Δηλαδή, οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις λειτουργούν το ίδιο ανεξάρτητα από το αν βρίσκεστε στο αρχικό σύστημα ή σε σύστημα κατοπτρισμού στο οποίο έχουν αναστραφεί όλες οι χωρικές συντεταγμένες. Εάν παραβιαστεί αυτή η συμμετρία που ονομάζεται «ομοτιμία» (όπως συμβαίνει με τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις), τότε ίσως ανοίξει ο δρόμος για την κατανόηση της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας, οι οποίες αποτελούν το 25% και 70% του ενεργειακού περιεχομένου του σύμπαντος, αντίστοιχα. Τα δύο σκοτεινά συστατικά έχουν αντίθετη επίδραση στην εξέλιξη του σύμπαντος: ενώ η σκοτεινή ενέργεια κάνει το σύμπαν να διαστέλλεται όλο και πιο γρήγορα, η σκοτεινή ύλη αντιτίθεται μάταια σ’ αυτή τη διαδικασία.

Στην δημοσίευση των Minami και Komatsu στο περιοδικό Physical Review Letters στις 23 Νοεμβρίου 2020, υποστηρίζεται μια ελκυστική υπόδειξη νέας φυσικής, σύμφωνα με την οποία παραβιάζεται η συμμετρία ομοτιμίας.

Τα στοιχεία για παραβίαση της συμμετρίας της ομοτιμίας βρέθηκαν στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, τα απομεινάρια του φωτός της Μεγάλης Έκρηξης. Το κλειδί είναι το πολωμένο φως της μικροκυματικής ακτινοβολίας υπoβάθρου.

Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Στο γραμμικά πολωμένο φως, η ταλάντωση του ηλεκτρικού πεδίου γίνεται σε ένα επίπεδο και διαγράφει μια ημιτονοειδή καμπύλη κατά μήκος της κατεύθυνσης κίνησης του κύματος. Όταν το φως σκεδάζεται τότε προκύπτει πολωμένο φως. Το φως του Ήλιου, για παράδειγμα, αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα των οποίων η ταλάντωση του ηλεκτρικού πεδίου γίνεται σε όλες τις πιθανές κατευθύνσεις. Επομένως, δεν είναι πολωμένο. Όμως, το φως από το ουράνιο τόξο είναι πολωμένο γιατί το φως του Ήλιου διασκεδάζεται από τα σταγονίδια νερού στην ατμόσφαιρα.

The anisotropies of the Cosmic microwave background (CMB) as observed by Planck. The CMB is a snapshot of the oldest light in our Universe, imprinted on the sky when the Universe was just 380 000 years old. It shows tiny temperature fluctuations that correspond to regions of slightly different densities, representing the seeds of all future structure: the stars and galaxies of today. Credit: ESA and the Planck Collaboration

Παρομοίως, το φως της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου πολώθηκε όταν σκεδάστηκε από ηλεκτρόνια 400.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Καθώς αυτό το φως ταξίδευε μέσα στο σύμπαν για 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, η αλληλεπίδρασή του με την σκοτεινή ύλη ή τη σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε να προκαλέσει την περιστροφή του επιπέδου πόλωσης κατά μια γωνία β.

Εάν η σκοτεινή ύλη ή η σκοτεινή ενέργεια αλληλεπιδρούν με το φως της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου με τρόπο ώστε να παραβιάζεται η συμμετρία ομοτιμίας, τότε μπορούμε να βρούμε την υπογραφή τους στα δεδομένα πόλωσης.

Για να μετρήσουν τη γωνία περιστροφής β, οι επιστήμονες χρειάζονταν ανιχνευτές ευαίσθητους στην πόλωση, σαν αυτούς που βρίσκονται στον δορυφόρο Planck της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA). Και έπρεπε να γνωρίζουν πως προσανατολίζονται οι ευαίσθητοι στην πόλωση ανιχνευτές σε σχέση με τον ουρανό. Εάν αυτές οι πληροφορίες δεν ήταν γνωστές με αρκετή ακρίβεια, το μετρούμενο επίπεδο πόλωσης φαίνεται να περιστρέφεται ψευδώς, δημιουργώντας ένα λάθος σήμα. Στο παρελθόν, οι αβεβαιότητες σχετικά με την ψευδή περιστροφή που εισήγαγαν οι ίδιοι οι ανιχνευτές περιόρισαν την ακρίβεια μέτρησης της κοσμικής γωνίας πόλωσης β. Οι Minami και Komatsu ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο για τον ακριβέστερο προσδιορισμό της γωνίας αυτής, βρίσκοντας έτσι ενδείξεις παραβίασης της συμμετρίας της ομοτιμίας με ακρίβεια 99,2%.

Αν και για να αναγνωριστεί μια ανακάλυψη νέας φυσικής, απαιτείται πολύ μεγαλύτερη στατιστική ακρίβεια (99,99995%), το εντυπωσιακό με την εν λόγω εργασία είναι πως βρέθηκε ένας τρόπος για να μετρηθεί κάτι που παλαιότερα φάνταζε αδιανόητο.

Πηγές:  Yuto Minami et al. New Extraction of the Cosmic Birefringence from the Planck 2018 Polarization Data, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.221301 - https://www.ipmu.jp/en/20201124-CosmicBirefringence - https://physicsgg.me/2020/11/26/

 

 

 

Οι σκύλοι φαίνεται να μυρίζουν με μεγάλη ακρίβεια τους ανθρώπους με κορονοϊό. Can dogs smell COVID? Here’s what the science says

James Ward (1769–1859), Portrait of Dash, a Favourite Spaniel, the Property of Lady Frances Vane-Tempest (1819), oil on canvas, 88.9 x 104.1 cm, Art Gallery of South Australia, Adelaide, Australia. Wikimedia Commons. Η μύτη των σκύλων πάλι έχει κάνει το «θαύμα» της, καθώς φαίνεται από μικρές έως τώρα δοκιμές ότι οι «καλύτεροι φίλοι» του ανθρώπου έχουν αξιοσημείωτη ικανότητα να μυρίζουν τη λοίμωξη από τον νέο κορονοϊό και να κάνουν τη δική τους... διάγνωση. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι χρειάζονται, πλέον, μεγάλες δοκιμές για να επιβεβαιώσουν με πόση ακρίβεια αυτό πράγματι συμβαίνει και κατά πόσο θα μπορούσε αυτή η οσφρητική ικανότητα να αξιοποιηθεί στην πράξη, αφού είναι φθηνότερη μέθοδος από τα τεστ. Canines seem to detect coronavirus infections with remarkable accuracy, but researchers say large-scale studies are needed before the approach is scaled up.

Ήδη, σύμφωνα με το «Nature», σε διάφορα μέρη του κόσμου σκύλοι εκπαιδεύονται για να ανιχνεύουν την Covid-19. Σε μερικές περιπτώσεις, όπως αναφέρουν εκπαιδευτές σκύλων, τα συμπαθή ζώα έχουν σχεδόν τέλεια ακρίβεια στην ανίχνευση του ιού. Γι' αυτό, ορισμένοι επιστήμονες θεωρούν ότι οι σκύλοι είναι σε θέση να βοηθήσουν στον έλεγχο της πανδημίας, π.χ. «τσεκάροντας» χιλιάδες ανθρώπους σε πύλες αεροδρομίων, γήπεδα, πολυκαταστήματα και άλλους πολυσύχναστους χώρους.

Μέχρι στιγμής, πάντως, τα περισσότερα έως τώρα ευρήματα για τους σκύλους και τον κορονοϊό δεν έχουν παρουσιαστεί σε επιστημονικά περιοδικά, με αποτέλεσμα η επιστημονική κοινότητα να δυσκολεύεται να αξιολογήσει τους ισχυρισμούς και να ξεχωρίσει την αλήθεια από την υπερβολή. Όμως, αρκετοί ερευνητές εκτιμούν ότι τα έως τώρα αποτελέσματα δείχνουν πολλά υποσχόμενα και πρέπει να μελετηθούν περαιτέρω. Βασικό ερώτημα προς απάντηση είναι σε ποιο βαθμό οι σκύλοι μπορούν να συμβάλουν πρακτικά στη μάχη για περιορισμό της πανδημίας.

«Κανένας δεν υποστηρίζει ότι οι σκύλοι μπορούν να αντικαταστήσουν ένα μηχάνημα μοριακών τεστ PCR, αλλά μπορούν να βοηθήσουν», σύμφωνα με τον Γερμανό κτηνίατρο Χόλγκερ Φολκ της Κτηνιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου του Ανοβέρου, ο οποίος ηγείται της προσπάθειας εκπαίδευσης σκύλων-ανιχνευτών της Covid-19.

Η μύτη των σκύλων διαθέτει 300 εκατομμύρια κυτταρικούς υποδοχείς για την όσφρηση, έναντι μόνο πέντε έως έξι εκατομμυρίων των ανθρώπων. Έτσι, οι σκύλοι μπορούν να μυρίσουν ανεπαίσθητες μυρωδιές, που οι άνθρωποι δεν αντιλαμβάνονται καν. Γι' αυτό, άλλωστε, οι σκύλοι έχουν εδώ και δεκαετίες εκπαιδευθεί σε διάφορα καθήκοντα βοήθειας της αστυνομίας, του στρατού, της πυροσβεστικής, των γιατρών κ.ά., μυρίζοντας από ναρκωτικά και εκρηκτικά έως τον καρκίνο και την ελονοσία.

Στις περιπτώσεις των ασθενειών, οι επιστήμονες πιστεύουν -χωρίς να είναι πάντα σίγουροι- ότι οι σκύλοι μυρίζουν χαρακτηριστικές οργανικές πτητικές χημικές ουσίες (VOCs) που αναδίδει το άρρωστο ανθρώπινο σώμα. Προηγούμενες έρευνες με ιούς (όχι τον νέο κορονοϊό) έδειξαν ότι οι λοιμώξεις από ιούς μπορεί, επίσης, να προκαλούν διακριτές οσμές στο σώμα, τόσο ανεπαίσθητες που ο άνθρωπος σπάνια αντιλαμβάνεται, αλλά ο σκύλος μπορεί πολύ πιο εύκολα.

Research groups around the world are testing whether dogs can detect COVID-19 by smell. Credit: Fatemeh Bahrami/Anadolu Agency/Getty

Ήδη, σχεδόν από την αρχή της πανδημίας, ορισμένοι επιστήμονες άρχισαν να δοκιμάζουν τις ικανότητες των σκύλων σε σχέση με την Covid-19, εκπαιδεύοντας στα εργαστήρια τα ζώα να κάθονται κάτω ή να χτυπούν το πάτωμα κάθε φορά που μυρίζουν τον κορονοϊό SARS-CoV-2 σε δείγματα, συνήθως, από ιδρώτα ανθρώπων. Παρόμοιες δοκιμές έχουν γίνει ήδη σε αεροδρόμια των Ηνωμένων Αραβικών Εμιράτων, του Λιβάνου και της Φινλανδίας με σκύλους, οι οποίοι κλήθηκαν να μυρίσουν δείγματα ιδρώτα από επιβάτες και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με εκείνα μοριακών τεστ που έκαναν οι ίδιοι άνθρωποι. Σύμφωνα με τους ερευνητές, υπήρξαν αρκετές περιπτώσεις που οι σκύλοι ανίχνευσαν επιβάτες με κορονοϊό, ακόμη και ασυμπτωματικούς, πριν βγουν τα αποτελέσματα των τεστ.

Στην περίπτωση του αεροδρομίου του Λιβάνου, Γάλλοι και Λιβανέζοι ερευνητές, με επικεφαλής τον δρα Ριάντ Σαρκίς του Πανεπιστημίου Σεν Ζοζέφ της Βηρυτού, έβαλαν δύο σκύλους να μυρίσουν 1.680 επιβάτες και βρέθηκαν 158 μολυσμένοι με κορονοϊό, όπως επιβεβαιώθηκε με τα μοριακά τεστ που ακολούθησαν. Τα ζώα ανίχνευσαν σωστά σε ποσοστό 100% όσους δεν είχαν κορονοϊό και σε ποσοστό 92% όσους είχαν τον ιό. Ήδη, σύμφωνα με τον Σαρκίς, τον έχουν πλησιάσει σχολεία, τράπεζες, φυλακές και πολυκαταστήματα για να χρησιμοποιήσουν τέτοιους εκπαιδευμένους στον κορονοϊό σκύλους.

Ιδίως οι φτωχότερες χώρες με λιγοστές εργαστηριακές υποδομές θα μπορούσαν να βοηθηθούν κατ' εξοχήν από τους σκύλους στον εντοπισμό των κρουσμάτων, σύμφωνα με την ιολόγο δρα Ισαμπέλα Έκερλε του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της Γενεύης.

Η μοναδική έως τώρα δημοσιευμένη μικρή πιλοτική μελέτη πάνω στο θέμα (από την ομάδα του Φολκ στη Γερμανία), η οποία έγινε με τη συμμετοχή οκτώ σκύλων και μόνο 14 ανθρώπων -επτά ασθενών και επτά υγιών- έδειξε ότι τα ζώα μπόρεσαν να ανιχνεύσουν το 83% των θετικών στον ιό ανθρώπων και το 96% των αρνητικών.

Μία γαλλική ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής την κτηνίατρο Ντομινίκ Γκραντζεάν της Εθνικής Κτηνιατρικής Σχολής κοντά στο Παρίσι και με τη συμμετοχή του Λιβανέζου Σαρκίς, η οποία έκανε προδημοσίευση στο bioRxiv το καλοκαίρι, χρησιμοποίησε οκτώ εκπαιδευμένους σκύλους για να μυρίσει 198 δείγματα ιδρώτα, εκ των οποίων περίπου τα μισά από ασθενείς με Covid-19. Τα ζώα ανίχνευσαν τα θετικά στον ιό δείγματα σε ποσοστό 83% έως 100%, ενώ δεν δόθηκαν στοιχεία για το ποσοστό στα αρνητικά (χωρίς κορονοϊό) δείγματα. Δεν φαίνεται, πάντως, να τα πηγαίνουν όλοι οι σκύλοι το ίδιο καλά: Δύο σκύλοι βρήκαν 68 στα 68 θετικά δείγματα, ενώ ένας έχασε τα δέκα από τα 57.

Πηγές: Nature 587, 530-531 (2020) https://doi.org/10.1038/d41586-020-03149-9 - https://www.nature.com/articles/d41586-020-03149-9 - https://www.amna.gr/home/article/509047/-Oi-skuloi-fainetai-na-murizoun-me-megali-akribeia-tous-anthropous-me-koronoio

 

 

Για τον εγκέφαλο, η κοινωνική απομόνωση είναι ένα είδος πείνας. A hunger for social contact

Louis Welden Hawkins (1849–1910), Solitude (c 1890), oil on canvas, 57 x 26.5 cm, Private collection. Wikimedia Commons. Η επιθυμία για κοινωνικές επαφές έχει την ίδια νευροβιολογική βάση με την επιθυμία για τροφή. Since the coronavirus pandemic began in the spring, many people have only seen their close friends and loved ones during video calls, if at all. A new study from MIT finds that the longings we feel during this kind of social isolation share a neural basis with the food cravings we feel when hungry.

Εν μέσω του δεύτερου lockdown, οι περισσότεροι από εμάς έχουν αντιληφθεί τι εστί κοινωνική απομόνωση και μοναξιά. Πώς όμως αντιδρά ο εγκέφαλος σε αυτές τις καταστάσεις;

Νέα μελέτη του ΜΙΤ, ίσως η πρώτη που εξετάζει το θέμα, διαπιστώνει ότι η επιθυμία για κοινωνικές συναναστροφές έχει την ίδια νευροβιολογική βάση με την επιθυμία για φαγητό.

Οι ερευνητές αναφέρουν στην επιθεώρηση Nature ότι η περιοχή του εγκεφάλου που ενεργοποιείται όταν ένας πεινασμένος βλέπει ένα πιάτο μακαρόνια φωτίζεται και όταν βλέπουμε μια παρέα ανθρώπων να διασκεδάζει ενώ εμείς μένουμε απομονωμένοι.

«Οι άνθρωποι που αναγκάζονται να απομονωθούν λαχταρούν τις κοινωνικές αλληλεπιδράσεις με τον ίδιο τρόπο που ένας πεινασμένος άνθρωπος λαχταρά την τροφή» λέει η Ρεμπέκα Σαξ, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.

«Τα ευρήματά μας στηρίζουν την ιδέα ότι οι θετικές κοινωνικές αλληλεπιδράσεις είναι βασική ανθρώπινη ανάγκη, και ότι η οξεία μοναξιά είναι μια ανεπιθύμητη κατάσταση που κινητοποιεί τους ανθρώπους να αποκαταστήσουν αυτό που λείπει, όπως συμβαίνει και στην πείνα» εξηγεί η καθηγήτρια Γνωστικών Επιστημών στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης.

Πείραμα απομόνωσης

The researchers found that after one day of total isolation, the sight of people having fun together activates the same brain region that lights up when someone who hasn’t eaten all day sees a picture of a plate of cheesy pasta. Credit: Christine Daniloff/MIT

Τα δεδομένα της μελέτης συγκεντρώθηκαν τη διετία 2018-19, πολύ πριν εμφανιστεί ο κοροναϊός της πανδημίας. Η εργασία εντάσσεται σε ευρύτερη ερευνητική προσπάθεια που διερευνά το πώς το κοινωνικό στρες επηρεάζει την ανθρώπινη συμπεριφορά.

«Θέλαμε να δούμε αν μπορούσαμε να προκαλέσουμε πειραματικά ένα είδος κοινωνικού στρες. Είναι μια πιο δραστική παρέμβαση από ό,τι είχε επιχειρηθεί ως σήμερα» λέει η δρ Σαξ.

Οι εθελοντές της μελέτης, οι περισσότεροι φοιτητές του ΜΙΤ, κλήθηκαν να μείνουν για δέκα ώρες μέσα σε ένα δωμάτιο χωρίς παράθυρα. Δεν τους επιτρεπόταν να χρησιμοποιούν κινητό τηλέφωνο, μόνο να ειδοποιούν τους ερευνητές αν χρειάζονταν κάτι.

Όπως λέει η Σαξ, «έπρεπε να μας ενημερώνουν πότε θα πάνε στην τουαλέτα ώστε να βεβαιωθούμε πρώτα ότι ήταν άδεια. Τους αφήναμε φαγητό στην πόρτα και τους ενημερώναμε με SMS ότι βρισκόταν εκεί για να το πάρουν».

Στον τομογράφο

Στο τέλος της 10ωρης απομόνωσης, οι εθελοντές εξετάστηκαν με τη μέθοδο της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fMRI), η οποία παρακολουθεί την εγκεφαλική δραστηριότητα σε πραγματικό χρόνο. Οι συμμετέχοντες έπρεπε πρώτα να μάθουν να μπαίνουν μόνοι τους στον τομογράφο ώστε να μην απαιτείται η παρουσία γιατρού ή νοσοκόμας.

Πριν ή μετά το πείραμα απομόνωσης, σε διαφορετική όμως ημέρα, όλοι οι εθελοντές υπέμειναν επίσης δέκα ώρες συνεχούς νηστείας. Και σε αυτή την περίπτωση ακολουθούσε εξέταση στον μαγνητικό τομογράφο.

Την ώρα της εξέτασης, οι συμμετέχοντες κλήθηκαν να κοιτάξουν εικόνες φαγητών, εικόνες ανθρώπων σε κοινωνικές αλληλεπιδράσεις, καθώς και ουδέτερες εικόνες όπως λουλούδια.

Η ανάλυση των δεδομένων αποκάλυψε ότι οι εικόνες φαγητών και οι εικόνες κοινωνικότητας προκαλούσαν παρόμοια ενεργοποίηση της μέλαινας ουσίας, μιας περιοχής του εγκεφάλου που έχει συνδεθεί με την επιθυμία για τροφή και ναρκωτικά.

Επιπλέον, ο βαθμός ενεργοποίησης βρέθηκε να σχετίζεται με την ένταση της επιθυμίας για τροφή ή κοινωνικότητα όπως την βαθμολογούσαν οι εθελοντές.

Σήματα στέρησης

Thomas Fearnley (1802–1842), A Terrace in Amalfi in Moonlight (1834), oil on paper on cardboard, 26 x 30 cm, Nasjonalgalleriet, Oslo, Norway. Wikimedia Commons. Social isolation — something many people are experiencing during the COVID-19 pandemic — leaves people’s brains craving other people, showing that social aspects of a pandemic shouldn’t be ignored.

Η ανάλυση έδειξε ακόμα ότι η αντίδραση κάθε εθελοντή στην απομόνωση ή την νηστεία εξαρτάται από τα προηγούμενα αισθήματά του: οι εθελοντές που ανέφεραν ότι έπασχαν από χρόνια απομόνωση αντιδρούσαν λιγότερο έντονα στις εικόνες κοινωνικών αλληλεπιδράσεων.

«Στους ανθρώπους που ανέφεραν ότι η ζωή τους ήταν γεμάτη από ικανοποιητικές κοινωνικές αλληλεπιδράσεις, η παρέμβασή μας είχε μεγαλύτερη επίδραση» λέει η Σαξ.

Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης τα μοτίβα ενεργοποίησης των νευρώνων σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου, και διαπίστωσαν ότι η πείνα και η απομόνωση ενεργοποιούν με διαφορετικό τρόπο τον εγκεφαλικό φλοιό και το ραβδωτό σώμα. Το συμπέρασμα είναι ότι οι περιοχές αυτές εξειδικεύουν την επιθυμία για τροφή ή κοινωνικότητα, ενώ η μέλαινα ουσία παράγει ένα πιο γενικό σήμα.

Τα ευρήματα, λέει η ερευνητική ομάδα, ανοίγουν το δρόμο για να απαντηθεί μια ποικιλία ερωτημάτων, όπως το πώς η κοινωνική απομόνωση επηρεάζει τη συμπεριφορά και το κατά πόσο οι βιντεοκλήσεις μπορούν να απαλύνουν την αίσθηση κοινωνικής στέρησης.

Οι ερευνητές θα εξετάσουν επίσης το εάν οι εγκεφαλικές αντιδράσεις που καταγράφηκαν στο πείραμα προβλέπουν τις αντιδράσεις των ίδιων εθελοντών στη διάρκεια της καραντίνας.

Όπως φαίνεται, για ορισμένους νευροβιολόγους η πανδημία προσφέρει μια καλή ερευνητική ευκαιρία.

Πηγές: “Acute social isolation evokes midbrain craving responses similar to hunger” by Livia Tomova, Kimberly L. Wang, Todd Thompson, Gillian A. Matthews, Atsushi Takahashi, Kay M. Tye & Rebecca Saxe. Nature Neuroscience - https://neurosciencenews.com/hunger-social-isolation-17307 - https://www.in.gr/2020/11/24/b-science/episthmes/gia-ton-anthropino-egkefalo-koinoniki-apomonosi-einai-ena-eidos-peinas/