Znajdź zawartość

Nasz mózg dostosowuje tor przesyłania sygnałów nerwowych do zaistniałej sytuacji, np. zablokowania używanych wcześniej ścieżek, w ciągu zaledwie kilku sekund. Jest zatem bardziej elastyczny niż dotąd sądzono, a zawdzięczamy to sieci uśpionych połączeń (Journal of Neuroscience). Daniel Dilks z MIT posłużył się plamką ślepą. Jest to miejsce na siatkówce, do którego dochodzi nerw wzrokowy. Nie ma tam żadnych fotoreceptorów, stąd niewrażliwość na światło. Luki w polu widzenia obu oczu nie pokrywają się, dzięki czemu braki jednego są uzupełniane przez dane napływające z drugiego. Sprawa komplikuje się, gdy zasłonimy jedno oko i tak właśnie postąpili Amerykanie. Ustalili, gdzie znajduje się plamka ślepa w drugim oku 48 ochotników. Następnie prezentowali im prostokąty, które znajdowały się na prawo od niej (tuż obok). Zadanie polegało na określeniu długości obu boków po upływie różnego czasu od momentu zasłonięcia oka. Okazało się, że błyskawicznie następowało rozciągnięcie krawędzi figury. Po odsłonięciu oka zaburzenia widzenia proporcji ustępowały tak szybko, jak się pojawiły. Ponieważ zmiana była natychmiastowa, mózg musiał wykorzystać istniejące wcześniej połączenia. Członkowie ekipy Dilksa sugerują, że neurony, które w normalnych okolicznościach wykorzystują dane z drugiego oka do wypełnienia luki w widzeniu, po zasłonięciu go zachowują się jak złodzieje. Sprawdzają, co mają sąsiedzi i sobie to "pożyczają". Kiedy czasowo odcięliśmy dopływ danych do kory wzrokowej, ochotnicy wspominali o przemianie kwadratów w prostokąty. Byliśmy zaskoczeni, stwierdzając, że wrażenie przeniesionego widzenia pojawiło się w ciągu zaledwie 2 sekund. [...] Stało się to tak szybko, iż uważamy, że mózg stale rekalibruje system połączeń – wyjaśnia Nancy Kanwisher. Dilks po raz pierwszy zauważył zjawisko rozciągania kwadratu u pacjenta po przebytym udarze, w wyniku którego część kory wzrokowej została pozbawiona danych wejściowych. Uraz doprowadził do wytworzenia ślepego obszaru w jego polu widzenia. Kiedy kwadrat demonstrowano poza tym rejonem, chory postrzegał prostokąt. Jego kora wzrokowa była pozbawiona dopływu danych przez dłuższy czas, nie wiedzieliśmy więc, jak szybko dorosły mózg zmienia się w wyniku deprywacji. Stąd pomysł na eksperyment ze zdrowymi ludźmi.

Amerykańscy naukowcy z University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC) zaprezentowali pierwszy elastyczny krzemowy układ elektroniczny. Zespół pod kierunkiem Johna Rogersa zaprezentował układ wykonany z krzemu i tworzywa sztucznego, którego grubość wynosi zaledwie 1,5 mikrona. Układ jest na tyle elastyczny, że można go nawet owinąć wokół sfery. Przekonanie, że krzem nie nadaje się do takich zastosowań, ponieważ jest zbyt sztywny i kruchy, zostało właśnie wyrzucone przez okno - mówi profesor John Rogers, szef zespołu badawczego. Opracowane przez niego układy będzie można wykorzystywać zarówno w medycynie, jak i owijać nimi np. kadłuby samolotów, dzięki czemu będą monitorowały stan poszycia. Żeby wyprodukować układ, najpierw na sztywne podłoże nałożono warstwę polimeru. na niej umieszczono bardzo cienką warstwę tworzywa sztucznego. Kolejnym krokiem było wykorzystanie konwencjonalnych metod produkcji elektroniki (w tym metod łączenia nanowstążek pojedynczych kryształów krzemu za pomocą nadruków). W ten sposób na polimerze powstała warstwa plastiku i krzemu, która była 50-krotnie mniejsza od średnicy ludzkiego włosa. Następnie polimer usunięto, a plastik wraz z krzemem umieszczono na elastycznym podłożu ze wstępnie rozciągniętej "krzemowej gumy". Po przymocowaniu wspomnianej warstwy naciąg został zwolniony. To spowodowało, że na warstwę zaczęły działać duże siły, dzięki którym warstwa została pofalowana, co umożliwia jej wyginanie w różnych kierunkach. Naukowcy z UIUC stworzyli już układy scalone składające się z tranzystorów, oscylatorów, bramek logicznych i wzmacniaczy. Ich właściwości elektroniczne są podobne do właściwości układów tworzonych na sztywnym podłożu krzemowym. Co więcej, układ pracuje bez zakłóceń, gdy działają nań siły powodujące jego rozciąganie, ściskanie czy wyginanie.

Zespół profesora Chrisa Wedera z Case Western Reserve University stworzył supermateriał zainspirowany właściwościami skóry strzykwy, czyli ogórka morskiego. W momencie zagrożenia zwierzę ulega błyskawicznej przemianie: z miękkiego i giętkiego staje się twarde. Proces odwrotny zachodzi równie szybko. Dzięki zbroi strzykwa chroni się przed atakami drapieżników. Materiał Amerykanów także przeobraża się w ciągu kilku sekund. Pod wpływem wilgoci przechodzi od stanu sztywnego plastiku w elastyczną gumę (Science). Naukowcy sądzą, że znajdzie zastosowanie przy produkcji implantów medycznych, np. giętkich elektrod, wszczepianych do mózgów pacjentów z chorobą Parkinsona, po udarze lub z urazami rdzenia kręgowego, czy stentów. Wykorzystaliśmy skórę ogórków morskich jako podstawę nowej klasy sztucznych materiałów, które na komendę mogą zmieniać swoje właściwości mechaniczne – wyjaśnia profesor. Materiał można by usztywniać, żeby ułatwić wszczepianie implantu. Po zakończeniu procedury ulegałby on uelastycznieniu pod wpływem wilgotnego środowiska tkanki mózgowej. Przyglądając się właściwościom tkanki mózgu, łatwo stwierdzić, że jest dużo delikatniejsza od typowej elektody. To ważne spostrzeżenie, ponieważ okazuje się, że zbyt sztywne elektrody z czasem stopniowo uszkadzają okoliczne komórki. Nowy materiał zapobiegłby ich degradacji. Produkuje się go z dwóch składników: polimeru przypominającego gumę oraz cienkich włókien celulozowych, które dodają sztywności. W miejscu skrzyżowania włókien tworzą się wiązania wodorowe. Nanowłókna są sklejone ze sobą w miejscu każdego skrzyżowania. Dodanie wody powoduje ich rozerwanie. Zespołowi Wedera wielokrotnie udało się skleić i rozkleić włókna. Obecnie trwają eksperymenty na zwierzętach, które mają wykazać, jak wynalazek Amerykanów działa na tkankę mózgu. Naukowcy wskazują też inne pola zastosowań materiału. Wykorzystując prąd elektryczny, dałoby się uzyskać stawy lub rodzaj gorsetu, które w zależności od potrzeb czy fazy ruchu, byłyby sztywne albo giętkie. Na tym jednak nie koniec. Polimerowo-celulozowa kamizelka mogłaby być wygodnym przyodziewkiem, a w innych okolicznościach kamizelką kuloodporną.