Znajdź zawartość

Fale dźwiękowe o niskiej intensywności mogą selektywnie zabijać komórki nowotworowe, nie uszkadzając przy tym zdrowej tkanki. Dotychczas w onkologii używano ultradźwięków o wysokiej intensywności, za pomocą których podgrzewa się komórki do wysokiej temperatury. Ta metoda zabija jednak wszystkie komórki na danym obszarze. Badania nad wykorzystaniem pulsujących ultradźwięków o niskiej intensywności (low-intensity pulsed ultrasound – LIPUS) rozpoczęły się przed pięcioma laty na California Institute of Technology (Caltech). Wtedy to profesor Michael Ortiz zzaczł się zastanawiać, czy fizyczne różnice pomiędzy komórkami nowotworowymi a zdrowymi – ich wielkość, grubość ściany komórkowej czy rozmiary struktur wewnętrznych – mogą wpłynąć na to, w jaki sposób wibrują pod wpływem ultradźwięków i czy w ten sposób można zabić komórkę nowotworową. Ortiz stworzył więc model matematyczny, za pomocą którego badał, jak komórki będą reagowały na ultradźwięki o róznej częstotliwości. W 2016 roku naukowiec poinformował, że istnieją różnice w rezonansie pomiędzy komórkami zdrowymi i nowotworowymi. Te różnice oznaczały, że – przynajmniej teoretycznie – precyzyjnie dobierając częstotliwość fali dźwiękowej, można wprowadzić komórki nowotworowe w taki rezonans, że ich ściany ulegną zniszczeniu. Jednocześnie zaś nie będzie to szkodziło zdrowym komórkom. Ortiz nazwał cały proces onkotripsją, od greckich słów ὄγκος (guz) i τρίβω (ścieram). Uczony, podekscytowany uzyskanymi wynikami, zaprosił do współpracy kilu innych naukowców z Caltechu, w tym wynalazcę Mory'ego Ghariba, który specjalizuje się w technologiach medycznych i ich komercjalizacji, współpracującego z nim doktoranta Davida Mittelsteina, pracującego nad różnymi protezami czy eksperta od ultradźwięków profesora Mikhaila Shapiro. Do grupy dołączyło też kilku ekspertów w dziedzinie onkologii. Gdy usłyszałem o tym pomyśle, byłem zaintrygowany. Jeśli to się powiedzie, powstanie rewolucyjna metoda walki z nowotworami, mówi profesor Peter P. Lee, dyrektor Wydziału Immunoterapii Onkologicznej w City of Hope, centrum badawczym w Duarte. Naukowcy zbudowali prototypowe urządzenie i rozpoczęli testy. Badali różne typy komórek nowotworowych, poddając je ultradźwiękom o różnej częstotliwości. Sprawdzali też, w jaki sposób częstotliwości te wpływają na zdrową tkankę. Profesor Lee mówi, że celem zespołu jest nie tylko zabijanie komórek nowotworowych, ale też przywabienie na miejsce zniszczonego guza komórek układu odpornościowego, by zabiły one te komórki, które przeżyły terapię ultradźwiękami. Guzy nowotworowe są heterogeniczne. Jest niemal niemożliwe znalezienie takiej częstotliwości dźwięku, by zabił on wszystkie komórki pojedynczego guza. Jeśli jakieś komórki przetrwają, to guz odrośnie, mówi Lee. Stąd potrzeba zaangażowania w terapii również układu odpornościowego. Każdego dnia w organizmie człowieka giną dziesiątki milionów komórek. Większość z nich umiera w wyniku naturalnego procesu zwanego apoptozą. Bywa jednak i tak, że komórki giną w wyniku infekcji czy zranienia. Układ odpornościowy potrafi odróżnić apoptozę od zranienia. Ignoruje śmierć komórki w wyniku apoptozy, gdy jednak komórka ginie w wyniku infekcji, komórki układu odpornościowego zjawiają się na miejscu, by walczyć z patogenami. Grupa Ortiza ma zamiar stworzyć taki system ultradźwiękowy, by układ odpornościowy otrzymywał informację, że doszło do śmierci komórek w wyniku ich uszkodzenia. To spowodowałoby mobilizację limfocytów, które po przybyciu na miejsce zabiją, jak mają naukowcy nadzieję, pozostałe przy życiu komórki nowotworowe. Na razie udane eksperymenty przeprowadzono na różnego typu komórkach hodowanych w laboratorium. Na ich podstawie udoskonalono prototypowe urządzenie do ultrasonografii. Dowiadujemy się coraz więcej na temat tego, jak wibrują poszczególne rodzaje komórek nowotworowych i jak pojawiają się u nich uszkodzenia, stwierdzają uczeni. W następnym etapie badań mają zamiar sprawdzić, jak system ultradźwiękowy poradzi sobie z całymi guzami nowotworowymi. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, w przyszłości rozpoczną się testy na zwierzętach, a później na ludziach. Szczegóły badań ukazały się na łamach Applied Physics Letters, w artykule zatytułowanym Selective ablation of cancer cells with low intensity pulsed ultrasound. « powrót do artykułu

Występujące na Filipinach, Sumatrze i sąsiednich wyspach wyraki Tarsius syrichta są jedynymi naczelnymi, które posługują się czystymi ultradźwiękami. Marissa Ramsier z Uniwersytetu Stanowego Humboldta była zaskoczona, że wyraki otwierają pysk jak przy wokalizowaniu, ale nie towarzyszą temu żadne dźwięki. Badania ujawniły, że dźwięki są, tyle że niesłyszalne dla ludzi... Amerykanie umieszczali 6 dzikich osobników wewnątrz specjalnej komory dźwiękowej. Wykorzystano technologię opracowaną w ramach Programu Ssaczego Marynarki Wojennej USA, która mierzy odpowiedź pnia mózgu na bodźce słuchowe. Wyrakom podawano przez głośniki serię dźwięków zróżnicowanych pod względem częstotliwości i głośności. Wykorzystano także EEG. To, co wg zespołu, miało być ziewaniem, okazało się nawoływaniami o dominującej częstotliwości 70 kiloherców. Ustalono, że zakres słyszenia tych wyraków kończy się na 91 kilohercach. Po zakończeniu pierwszej części eksperymentu 6 wyrakom zwrócono wolność - zostały wypuszczone na wyspie Mindanao. Resztę studium przeprowadzono w naturalnych warunkach. Skoro już wiedziano, co T. syrichta słyszą, trzeba było nagrać ich komunikaty. Udało się to w przypadku 35 okazów. Dzięki temu biolodzy zauważyli, że minimalna częstotliwość sygnału wynosi 67 kiloherców. Posługiwanie się ultradźwiękami zapewnia kilka korzyści. Po pierwsze, ułatwia chowanie przed drapieżnikami i potencjalnymi ofiarami (karaczanami i świerszczami). Po drugie, pozwala na odfiltrowanie niskiego szumu tła - tropikalnej dżungli. Na czym polega wyjątkowość T. syrichta? Choć niektóre naczelne również komunikują się za pomocą ultradźwięków, nigdy nie są to czyste ultradźwięki. Odkryliśmy, że T. syrichta nie tylko słyszy najwyższe dźwięki ze wszystkich naczelnych, ale i generuje wokalizacje o najwyższej udokumentowanej w tej grupie zwierząt częstotliwości. Gatunek, który wydawał się cichy, może wydawać szereg odgłosów. Nie mieliśmy o nich pojęcia, bo są dla nas niesłyszalne. Wielu moich kolegów zaobserwowało ciche otwieranie pyska przez szeroki zakres gatunków. Niewykluczone, że istnieje cały zestaw sygnałów czekających na usłyszenie - ekscytuje się Ramsier. Antropolog podkreśla, że 4-letnie badania jej ekipy ujawniły, że nawet blisko spokrewnione naczelne bardzo różnią się pod względem wrażliwości słuchowej. Zależy to najprawdopodobniej od diety, habitatu, presji ze strony drapieżników i współzawodnictwa.

O ultradźwiękach w roli męskiego środka antykoncepcyjnego myślano już 40 lat temu. Naukowców, którzy ostatnio analizowali tamte badania, interesowało, jakie rezultaty można uzyskać za pomocą współczesnego sprzętu. Okazało się, że w czasie eksperymentów na szczurach liczebność plemników spadła do takiego stopnia, że u ludzi wiązałoby się to z niepłodnością (Reproductive Biology and Endocrinology). Pracami zespołu ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Karoliny Północnej kierował dr James Tsuruta. Zauważono, że zabieg polegający na wielokrotnym obwiedzeniu jąder głowicą USG - zastosowano ultradźwięki o częstotliwości 3 MHz - eliminuje większość gamet. Najlepsze rezultaty osiągano przy dwóch 15-minutowych sesjach, które wykonywano w odstępie 2 dni. Skórę pokrywano roztworem soli fizjologicznej, spełniającej rolę przewodnika ultradźwięków, a jądra rozgrzewano do temperatury 37 st. Celsjusza. Wskaźnik liczebności plemników spadał wtedy do zera (na tył najądrza przypadały 3 mln ruchliwych plemników). Tsuruta wyjaśnia, że Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) za oligospermię, czyli zbyt niską liczbę plemników w nasieniu, uznaje wartości niższe niż 15 mln plemników na mililitr. Choć taka metoda antykoncepcyjna byłaby niewątpliwie tania, w ramach przyszłych badań trzeba jeszcze określić, jak długo efekt potraktowania ultradźwiękami się utrzymuje i czy wielokrotne powtarzanie zabiegu jest bezpieczne.

Najlepszymi sposobami leczenia żylnego owrzodzenia podudzi wydają się odpowiednio dobrana opieka pielęgniarska i śmiech. Ten ostatni oznacza ruch przepony, który wspomaga krążenie krwi. Pięcioletnie badania prowadzone na Uniwersytecie w Leeds pokazały, że wbrew oczekiwaniom, terapia ultradźwiękami wcale nie przyspiesza gojenia wrzodów goleni. Równie dobrze sprawdzają się dużo tańsze i łatwiej dostępne tradycyjne metody pielęgniarskie, takie jak np. bandażowanie. Lecznicza energia niskich dawek ultradźwięków może się sprawdzać przy innych schorzeniach, ale na pewno nie przy żylnym owrzodzeniu podudzi – podkreśla prof. Andrea Nelson. Kluczowym działaniem w tej grupie pacjentów jest stymulowanie przepływu krwi w górę nóg w kierunku serca. Najlepiej korzystać w tym celu z opasek elastycznych czy pończoch uciskowych, łącząc je z odpowiednią dietą i ćwiczeniami. Wierzcie lub nie, ale serdeczny śmiech także może pomóc. Dzieje się tak z powodu ruchów przepony, które odgrywają ważną rolę w krążeniu krwi po organizmie. Mimo że większość wrzodów zniknie przy dobrej opiece pielęgniarskiej, spora ich część zagoi się po roku, a nawet później. Im starszy i większy wrzód, tym trudniej go wyeliminować, stąd nieustanne próby przyspieszenia procesu gojenia. Wyniki mniejszych studiów sugerowały, że doskonałym rozwiązaniem powinna być terapia ultradźwiękami, jednak Nelson i współpracownicy wykazali, że to, niestety, nieprawda. Naukowcy skupili się na zmianach, które nie oczyściły się w ciągu 6 miesięcy lub dłużej. Bazując na pacjentach z Wielkiej Brytanii oraz Irlandii stwierdzili, że uzupełnienie kompresjoterapii – pończoch, opasek i masażu pneumatycznego – ultradźwiękami nie przyspieszyło gojenia ani nie zmniejszyło ryzyka nawrotu owrzodzenia. Co więcej, ultradźwięki zwiększyły jednostkowy koszt leczenia żylnego owrzodzenia podudzi aż o 200 funtów. Prof. Nelson podkreśla, że należy poszukiwać nowych sposobów przyspieszania leczenia, ponieważ wzrasta odsetek osób otyłych, co oznacza, że owrzodzenie również będzie występować coraz częściej.

Jednym z wielu programów prowadzonych przez amerykańską DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych) są badania nad hełmem, który pozwoli zdalnie stymulować mózgi żołnierzy. DARPA współpracuje z profesorem Williamem J. Tylerem z University of Arizona, który od kilku lat bada systemy nieinwazyjnej stymulacji mózgu. Techniki takie mogą być pomoce w leczeniu choroby Parkinsona czy depresji. Posłużą też do stworzenie interfejsów łączących mózg z komputerem. Z kolei DARPA chciałaby dzięki pracom Tylera stworzyć hełm, który będzie w stanie zwiększyć możliwości żołnierzy, pobudzając ich do dłuższego czuwania czy redukując stres lub ból. Jak wyjaśnia Tyler, najpoważniejsze wyzwania to osiągnięcie dużej rozdzielczości systemu, co pozwoli na kontrolowanie niewielkich struktur oraz opracowanie metod głębokiej nieinwazyjnej penetracji, pozwalającej na osiągnięcie głębiej położonych obszarów mózgu. Obecnie wykorzystywane techniki w wielu przypadkach wymagają chirurgicznego wprowadzenia elektrod do mózgu. A techniki nieinwazyjne albo charakteryzują się małą rozdzielczością, albo sygnały nie docierają głęboko. Dlatego też uczonego interesuje stymulacja ultradźwiękowa. Może ona zapewnić pięciokrotnie lepszą rozdzielczość niż obecnie stosowane techniki nieinwazyjne, a jednocześnie pozwala dotrzeć do równie głęboko położonych struktur mózgu co metody inwazyjne. Laboratorium Tylera otrzymał od DARPA grant i rozpoczęło badania nad stymulowaniem prawidłowo rozwiniętego zdrowego mózgu. Opracowano już prototyp hełmu z wbudowanym mikrokontrolerem i przetwornikami ultradźwiękowymi. Ultradźwiękowa stymulacja przyda się do minimalizowania efektów pourazowych uszkodzeń mózgu u żołnierzy. Jak wyjaśnia Tyler naprawdę groźne nie są początkowe uszkodzenia. Problemem są uszkodzenia spowodowane zmianami metabolizmu, pojawieniem się wolnych rodników i tym, co dzieje się w ciągu najbliższych godzin po urazie. Jeśli w przypadku urazu możliwe będzie szybkie zdalne rozpoczęcie interwencji medycznej, można będzie uniknąć uszkodzeń, które pozostaną na całe życie.

Ultradźwięki, czyli fale o tak dużej częstotliwości, że są niesłyszalne przez człowieka, mają wiele zastosowań medycznych. Mogą posłużyć do masażu rozluźniającego mięśnie, do niszczenia komórek tłuszczowych, do rozbijania kamieni nerkowych, do niszczenia tkanki nowotworowej, wreszcie najbardziej znanego zastosowania, czyli USG - techniki pozwalającej zajrzeć do wnętrze ciała, ocenić stan serca, czy zobaczyć na żywo płód w łonie matki. Elisa Konofagou, profesor inżynierii biomedycznej na Columbia University, zamierza dodać jeszcze jedno zastosowanie: otwieranie bariery krew-mózg. Bariera krew-mózg to zespół białkowych struktur oddzielający tkankę mózgową od niosących krew naczyń włosowatych. Chroni ona mózg przed szkodliwymi substancjami i zakażeniami, ale przy okazji przeszkadza również lekarzom. To właśnie przez barierę k-m tak trudne jest leczenie chorób mózgu, w szczególności alzheimera czy parkinsona, nie przepuszcza ona leków, więc nawet mając potencjalne lekarstwo, nie sposób skutecznie podawać go pacjentom. Dlatego leczenie tych chorób jest tak trudne i okupione wieloma skutkami ubocznymi. Zamiast prób sterowania barierą w sposób biologiczny, prof. Konofagou proponuje wykorzystanie ultradźwięków. Technika według jej pomysłu polega na wstrzyknięciu do krwiobiegu miniaturowych bąbelków, które z krwią docierają również do naczyń włosowatych w mózgu. Wiązka ultradźwięków kierowana jest w miejsce powyżej hipokampa - obszaru mózgu odpowiadającego m.in. za pamięć, który jest główną ofiarą chorób neurodegeneracyjnych. Tam pod wpływem fali akustycznej mikroskopijne bąbelki drgają, powodując otwieranie się bariery krew-mózg i przepływ leków, również krążących we krwi. Doświadczenia na zwierzętach wykazały skuteczność metody, jeśli próby kliniczne na ludziach również się powiodą, będzie to przełom w leczeniu wielu chorób.

Coraz większą popularność zdobywa w naszych czasach żywność funkcjonalna - czyli produkty, które poza wartością odżywczą posiadają dodatkowe walory prozdrowotne, np. obniżające poziom cukru, zapobiegające niektórym chorobom, wspomagające utrzymanie prawidłowej wagi ciała. Najskuteczniejszą metodą tworzenia prozdrowotnej żywności jest inżynieria genetyczna. Modyfikowanie lub wszczepianie genów pochodzących od innych organizmów daje żywność o większej zawartości witamin, lub innych korzystnych substancji. Jak się okazuje: można to zrobić prościej, ekologicznie i bez kontrowersji - bo żywność modyfikowana genetycznie wciąż budzi obawy i protesty. Japoński naukowiec, dr Kazunori Hironaka, na 240. corocznym spotkaniu American Chemical Society (Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, ACS) przedstawił nowe, rewelacyjnie proste sposoby na zwielokrotnienie w ziemniakach zawartości korzystnych dla zdrowia antyoksydantów, między innymi kwasu karbolowego (fenolu) i kwasu chlorogenowego. Sposób pierwszy: elektrowstrząsy. Ziemniaki zanurzano na dziesięć sekund w roztworze soli, a następnie poddawano działaniu niewielkiego ładunku elektrycznego przez odpowiednio 10, 20 i 30 minut. Sposób drugi: „ogłuszanie". Ziemniaki zanurzone w wodzie poddawano działaniu ultradźwięków przez 5 lub 10 minut. Ten zaskakujący pomysł dr Hironaka wywiódł z wcześniejszych badań, które wskazywały, że suszenie lub obijanie zwiększa zawartość związków fenolowych w świeżych warzywach i owocach. Nie było jednak dotychczas żadnych prac na temat walorów zdrowotnych poddawania warzyw i owoców urazom fizycznym (choć w Japonii używa się elektrowstrząsów do poprawy plonów w hodowli niektórych grzybów). Stąd koncepcja zbadania wpływu prądu elektrycznego i ultradźwięków. Sposób okazał się skuteczny: przykładowo pięciominutowa dawka ultradźwięków zwiększa zawartość polifenoli w ziemniakach o 1,2 raza, zaś innych antyoksydantów o 1,6 raza. Rynek żywności prozdrowotnej w samych Stanach Zjednoczonych szacuje się 20 miliardów dolarów roczne, jest więc tylko kwestią czasu, kiedy pomysł dra Hironaki upowszechni się komercyjnie. Zwłaszcza, że podobne zabiegi można by wykonywać we własnej kuchni a wyprodukowanie - popuszczając wodzy fantazji - garnka z generatorem ultradźwięków w pokrywce nie jest niczym trudnym.

Naukowcy zaczynają testy, podczas których ocenią i dopracują skuteczność oraz bezpieczeństwo impulsu ultradźwiękowego jako metody antykoncepcyjnej dla mężczyzn. Zespół z Uniwersytetu Północnej Karoliny pracuje pod przewodnictwem doktora Jamesa Tsuruty. Akademicy wyjaśniają, że po przepuszczeniu przez jądra strumienia ultradźwięków na pół roku ustaje produkcja plemników. Po pozbyciu się wyprodukowanych wcześniej komórek rozrodczych mężczyzna staje się więc czasowo niepłodny. Metoda zapewnia dużą skuteczność już po jednym zabiegu, poza tym jest tania i nie wymaga zażywania hormonów. Amerykanie dostali grant (Grand Challenges Exploration Grant) od Fundacji Billa i Melindy Gatesów w wysokości 100 tysięcy dolarów. Uważają, że dzięki temu uda im się przyspieszyć prace. Naszym długoterminowym celem jest wykorzystanie [do kontroli urodzeń] ultradźwięków generowanych przez urządzenia terapeutycznie powszechnie stosowane w ośrodkach sportowych czy klinikach fizjoterapii [...]. Poza Tsurutą nad ultradźwiękową antykoncepcją pracuje dr Paul Dayton. Ten pierwszy zaznacza, że wcześniejsze finansowe wsparcie Parsemus Foundation było kluczowe dla utworzenia zespołu badającego wpływ ultradźwięków na jądra.

Naukowcy z University of Missouri opracowali interesującą metodę wykrywania przerzutów czerniaka (nowotworu skóry wywodzącego się z komórek zwanych melanocytami) w węzłach chłonnych. Zaproponowana technika polega na wykrywaniu ultradźwięków wytwarzanych podczas uwalniania energii dostarczonej wcześniej do komórek nowotworowych za pomocą lasera. Nowa metoda, opracowana przez zespół dr. Johna Viatora, wykorzystuje fakt, że komórki czerniaka aż w 95% przypadków wytwarzają brązowy barwnik - melaninę. Zdolność tego związku do pochłaniania niektórych barw światła jest na tyle charakterystyczna, że możliwe jest wybiórcze przekazanie im znacznej ilości energii za pomocą odpowiednio dobranego lasera. Ilość energii przekazanej próbce podejrzewanej o zawartość melaniny (i tym samym o obecność melanocytów, które w zdrowym organizmie nie powinny występować nigdzie poza skórą) można, jak udowadnia dr Viator, z łatwością zmierzyć za pomocą prostego detektora ultradźwięków. Właśnie wytwarzanie fal tego rodzaju jest bowiem jedną z głównych form energii uwalnianej do otoczenia przez "naładowane" laserem melanocyty. Skuteczność nowej metody udowodniono podczas eksperymentów na węzłach chłonnych pobranych od psów. Badanie właśnie tych struktur nie było przypadkowe, bowiem właśnie w węzłach spotyka się najczęściej pierwsze mikroprzerzuty czerniaka. Jak wykazali badacze z University of Missouri, nowa technika pozwala na skuteczne wykrywanie przerzutów liczących zaledwie 500 komórek. Oznacza to, że możliwe jest wykrycie zmiany na bardzo wczesnym etapie, na którym często udaje się jeszcze doprowadzić do całkowitego wyleczenia. W najbliższym czasie zespół dr. Viatora planuje przetestowanie nowej techniki na węzłach chłonnych pobranych od ludzi. Jeżeli wyniki potwierdzą się, możliwe stanie się włączenie nowej metody do kanonu metod diagnostycznych stosowanych w diagnostyce czerniaka. Jest to ogromna szansa, bowiem w wielu sytuacjach technika ta mogłaby okazać się tańsza i szybsza od tradycyjnego badania z wykorzystaniem mikroskopu. O szczegółach swojego wynalazku badacze poinformowali na łamach czasopisma Journal of Biomedical Engineering.

Na Borneo odkryto gatunek endemicznych żab zdolnych do porozumiewania się ze sobą wyłącznie za pomocą ultradźwięków. To pierwszy raz, gdy odkryto taki sposób komunikacji u płazów. Odkrycia dokonali naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Jak donoszą na łamach czasopisma PLoS ONE, zwierzęta, należące do gatunku Huia cavitympanum, są w stanie wytwarzać i wykrywać fale akustyczne o częstotliwości aż do 38 kiloherców (kHz). Dla porównania, ludzie słyszą dźwięki o częstotliwości do 20 kHz, zaś nasza mowa jest przenoszona za pomocą fal z zakresu ok. 2-3 kHz. Niezwykłe płazy zaobserwowano już podczas pierwszego dnia pobytu na Borneo. Jak wspomina magistrantka Victoria Arch, ich widok był dość niezwykły: patrzysz na żabę i widzisz, że wydobywa z siebie dźwięki. Widzisz to, bo poruszają się jej worki głosowe, ale nie słyszysz żadnego dźwięku. To niesamowite. Jak wspomina młoda badaczka, odkrycie zdolności wokalnych żab było możliwe dopiero po zastosowaniu specjalistycznego sprzętu. Sekretem niezwykłych zdolności H. cavitympanum jest budowa głowy. W przeciwieństwie do niemal wszystkich pozostałych żab, błona bębenkowa ich narządu słuchu nie znajduje się na bocznej powierzchni czaszki, lecz w zagłębieniu, podobnie jak u ludzi. Żaby o podobnej, nietypowej budowie ucha odnaleziono już trzy lata temu w Chinach. Tamtejsze płazy wytwarzały jednak jednocześnie ultradźwięki oraz fale o częstotliwościach słyszalnych dla człowieka. Gatunek odkryty na Borneo jest tymczasem zdolny do emisji "czystych" ultradźwięków o niezwykle wysokiej częstotliwości. Nietypowy sposób komunikacji wynika najprawdopodobniej z licznych źródeł zakłóceń. Przedstawiciele H. cavitympanum żyją bowiem w pobliżu wartkich strumieni, których szum skutecznie tłumi dźwięki z zakresu słyszalnego dla ludzi. Wykorzystanie ultradźwięków pozwala na ominięcie tej niedogodności, choć dzieje się to kosztem ograniczonego zasięgu fal. Żaby mogą jednak wytwarzać osobno dźwięki o niższych częstotliwościach, dzięki czemu szansa na nawiązanie kontaktu z innymi przedstawicielami gatunku znacznie rośnie.

Zespół z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentował na konferencji SIGGRAPH 2009 hologram, który można dotknąć. Obecnie tworzone hologramy nie dają wrażenia dotyku, gdyż powstają wyłącznie dzięki światłu. Japończycy zbudowali projektor holograficzny z panelu LCD połączonego z wklęsłym lustrem. W ten sposób uzyskali obraz, unoszący się 30 centymetrów nad powierzchnią wyświetlacza. Całość połączyli z "powietrznym dotykowym wyświetlaczem holograficznym", który wykorzystuje ultradźwiękowe ciśnienie akustyczne. Jego działanie polega na tym, że jeśli jakiś obiekt znajdzie się w zasięgu działania ultradźwięków, jest nań wywierane ciśnienie, które można poczuć. Wystarczy teraz nałożyć emisję projektora ultradźwiękowego na emisję hologramu, by uzyskać wrażenie dotyku. Obecna wersja projektora ultrasonograficznego jest zbudowana z 324 przetworników emitujących dźwięk o częstotliwości 40 kiloherców. Opóźnienia fazy i częstotliwość każdego z nich jest kontrolowana indywidualnie, co pozwala na precyzyjne oddanie wrażenia dotyku w trzech wymiarach. Palec, którym dotykamy hologramu, musi być oznaczony odbijającym światło markerem. Marker oświetlany jest przez diodę działającą na podczerwień, a ruchy są śledzone przez dwa kontrolery Wiimote. Dzięki takiemu rozwiązaniu ciśnienie wywoływane przez ultradźwięki skupia się w miejscach, w których dotykamy hologramu. Sposób działania systemu można obejrzeć na załączony filmie.

Zakwity cyjanobakterii mogą prowadzić do wytworzenia neurotoksyn i zatrucia łańcucha pokarmowego. Skutkują też znacznym obniżeniem zawartości tlenu rozpuszczonego w wodzie. Niełatwo z nimi walczyć, ale naukowcy z University of Hull poradzili sobie z problemem za pomocą ultradźwięków (Applied Acoustics). Podobną metodę testowano już wcześniej, ale uzyskiwano mieszane rezultaty. Michiel Postema i zespół uważają, że wynikało to z niewłaściwego podejścia. Brytyjczycy sądzą, że ultradźwięki oddziałują na heterocyty – komórki wyspecjalizowane w wiązaniu azotu z atmosfery. Gaz ten pozwala sinicom unosić się na powierzchni. Pod wpływem ultradźwięków azot zaczyna rezonować, a przy dużej częstotliwości dochodzi do rozsadzenia komórki. Koniec końców bakterie zwyczajnie toną, a bez dostępu do światła nie mogą prowadzić fotosyntezy. Brytyjski zespół skoncentrował się na Anabaena sphaerica – szczególnie szkodliwych sinicach, które u stykających się z nimi ludzi wywołują choroby układu oddechowego i nowotwory wątroby. Potraktowano je ultradźwiękami o 3 częstotliwościach. Mimo że wszystkie były skuteczne w jakimś stopniu, najlepiej sprawdzały się dźwięki o częstotliwości ok. 1 megaherca. Tego się zresztą spodziewano po wyliczeniu częstotliwości rezonansowej dla heterocytu o średnicy 6 mikrometrów. Opisana metoda usuwania zakwitów wydaje się bardzo bezpieczna dla ekosystemów. Ultradźwięki można by dostrajać do określonych gatunków, ponieważ ich częstotliwość rezonansowa różni się ze względu na niejednakowe rozmiary. Co więcej, rośliny wypełnione wodą nie ulegałyby uszkodzeniu, ponieważ są one stosunkowo niepodatne na oddziaływania fal ciśnieniowych.

Od dłuższego już czasu trwają prace nad rozwojem interfejsów dotykowych. Jednak dotychczas, by "poczuć" wirtualny obiekt, musieliśmy zakładać specjalne rękawice czy używać odpowiednich manipulatorów, w rodzaju dżojstików korzystających ze sprzężenia zwrotnego (Force feedback). Japońscy naukowcy posunęli się o krok dalej i zaprezentowali technologię, dzięki której, by poczuć wyświetlany na ekranie obiekt, nie będziemy musieli zakładać na dłoń rękawic, ani chwytać za dżojstik. W Kraju Kwitnącej Wiśni zaprzęgnięto do pracy ultradźwięki. Takayuki Iwamoto i jego zespół z Uniwersytetu Tokijskiego stworzyli proste urządzenie składające się z szeregu przetworników emitujących ultradźwięki. Dzięki temu, że dźwięk wywołuje zmiany ciśnienia w powietrzu, odpowiednio dobrane ultradźwięki - niesłyszalne dla naszego ucha - potrafią wytworzyć w przestrzeni miejsce, które dotykiem będziemy odczuwali jako obiekt stały. Japończycy wyposażyli swoje urządzenie w kamerę, która śledzi ruchy ręki użytkownika. Dzięki temu nie musimy na oślep szukać miejsca, w którym "znajduje się" nasz wirtualny obiekt. Zostanie on utworzony dokładnie pod naszą dłonią. Obecnie naukowcy potrafią stworzyć w ten sposób płaskie obiekty, jednak w najbliższej przyszłości chcą tak udoskonalić swój system, by można było dokładnie odczuwać kształty czy fakturę tego, co "dotykamy". Stephen Brewster z University of Glasgow, który specjalizuje się w interfejsach dotykowych, mówi, że prototyp Japończyków to pierwsze urządzenie tego typu. Możesz odczuwać obiekt obiema dłońmi, zamiast mieć do dyspozycji tylko jeden punkt. Poza tym wiele osób może jednocześnie dotykać obiektu - mówi. To wspaniałe, że można mieć coś tak prostego w użyciu, co można zabrać ze sobą i nie trzeba mieć żadnego dodatkowego sprzętu - cieszy się Brewster. Urządzenie ma jednak pewną wadę. Moc emitowanych ultradźwięków jest ograniczona, co wpływa na "twardość" odczuwanego obiektu. Do zwiększenia "twardości" konieczne byłoby zwiększenie mocy, a to z kolei grozi uszkodzeniem słuchu. Mimo, iż Japończycy stworzyli dopiero prototypowe urządzenie, już zgłosiły się do nich firmy działające na rynku oprogramowania inżynierskiego i gier komputerowych zainteresowane jego praktycznym wykorzystaniem.

Żaba Odorrana tormota jako jedyne zwierzę na świecie potrafi tak manipulować swoim narządem słuchowym, by dostroić się do odbioru fal o określonej częstotliwości. Naukowcy przyrównują do to staromodnego dostrajania radia pokrętłem (Proceedings of the National Academy of Sciences). W niewielkim zakresie ludzie dysponują taką kontrolą, ale w porównaniu do opisywanej żaby reagujemy bardzo wolno i nie umiemy się tak dokładnie dostroić do jakiejś częstotliwości. Badacze amerykańscy sądzą, że dla zwierzęcia ze środkowych Chin wykształcenie takiej umiejętności było kwestią przetrwania, bo żyje w wyjątkowo hałaśliwym środowisku. Ich miejsca godowe są położone na stromych brzegach szybko płynących mas wody – wyjaśnia profesor Albert Feng z University of Illinois w Urbana-Champaign. Jest tam szczególnie głośno po wiosennych opadach. Nawet ludzie muszą przekrzykiwać huk, by cokolwiek powiedzieć. Odorrana tormota radzi sobie z tym, wydając ćwierkające dźwięki o wysokiej częstotliwości, a także nieuchwytne dla ludzkiego ucha ultradźwięki. Naukowcy chcieli sprawdzić, jak żaba wyłapuje te dwa rodzaje wokalizacji. Badanie ucha nie nastręczało trudności, bo u tego gatunku błona bębenkowa jest przezroczysta. Jej wibracje mierzono za pomocą lasera. Błona reagowała na dwa zakresy częstotliwości, ale czasami wrażliwość na ultradźwięki zanikała. Okazało się, że zwierzę aktywnie otwierało i zamykało trąbki słuchowe (przewody Eustachiusza), łączące jamę bębenkową z górną częścią gardła. Po otwarciu trąbki następuje połączenie prawego i lewego ucha. Wtedy zwierzę staje się bardziej wyczulone na słyszalne dźwięki ze swojego otoczenia. Po zamknięciu przewodów zwiększa się dla odmiany wrażliwość na ultradźwięki. Taka umiejętność to prawdziwy fenomen, ponieważ u reszty żab trąbki są stale otwarte. Przedstawiciele Odorrana tormota słyszą z niezwykłą dokładnością. Gdy samiec zlokalizuje nawoływania samicy i wyrusza jej na spotkanie, błąd w obieranym kierunku jest mniejszy niż 1%. Możliwości chińskiej żaby są już eksploatowane przez naukowców. Pracują oni nad inteligentnym aparatem słuchowym, który potrafiłby oddzielić przestrzennie dźwięki, przetworzyć każdy z osobna i wzmocnić ten najważniejszy.

Profesor Robert Dooling z University of Maryland i jego dwuosobowy zespół wydedukowali, co mogły słyszeć dinozaury. Opierając się na wiedzy na temat budowy ptasiego ucha, doszli do wniosku, że wymarłe wiele milionów lat temu gady odbierały dźwięki o niskiej częstotliwości, np. odgłosy kroków innego ciężkiego dinozaura, ale już nie dźwięki o wysokiej częstotliwości. Dinozaury i archozaury (gady naczelne, Archosauria) cechuje podobna budowa ucha. Do archozaurów zaliczamy m.in. ptaki i krokodyle. Porównując strukturę uszu i odnosząc do tego ogólne zasady słyszenia, naukowcy uzyskali zakres dźwięków słyszanych przez zwierzęta sprzed 65 mln lat. Dooling twierdzi, że dinozaury słyszały podobnie jak niektóre współczesne duże ssaki, np. słonie. Ogólna zasada jest taka, że zwierzęta mogą słyszeć dźwięki, które same wydają. Dinozaury prawdopodobnie doskonale odbierały odgłosy kroków innych dinozaurów. Słonie słyszą, nawet z dużych odległości, bardzo niskie infradźwięki, generowane podczas chodzenia przez inne osobniki swojego gatunku. Analizując budowę ucha różnych gromad, naukowcy brali pod uwagę strukturę zwaną błoną podstawną, oddzielającą podstawy komórek nabłonkowych od położonej poniżej tkanki łącznej. U stosunkowo lekkich ptaków jest ona niewielka, a u dinozaurów dużo większa. Mniejsze zwierzęta lepiej słyszą i wydają dźwięki o wyższych częstotliwościach, a olbrzymy dokładnie na odwrót. Niewielkie i lekkie narządy głosowe łatwiej przełączyć na emitowanie dźwięków o wysokiej częstotliwości niż struktury duże i ciężkie. Zużywa się przy tym o wiele mniej energii. Zakres dźwięków słyszanych przez dinozaury kończył się mniej więcej na 3 kHz. Dla porównania, psy i sporo innych ssaków słyszy ultradźwięki o częstotliwości przekraczającej 20 kiloherców. To zakres niedostępny dla archozaurów, ale i dla człowieka. Zakres słyszenia wysokich dźwięków był w przypadku dinozaurów nawet bardziej ograniczony niż charakterystyczny dla nas, ludzi. Dooling stwierdza też, że porównywanie starszych ludzi do dinozaurów przypadkowo jest bardzo prawdziwe. W miarę upływu lat nasze słyszenie zaczyna bowiem coraz bardziej przypominać to charakterystyczne dla pradawnych gadów. "Wypada" cała gama wysokich tonów, pozostają tylko te niższe.

Brytyjscy naukowcy opracowali nowy rodzaj skanera ultradźwiękowego, który jest w stanie zbudować precyzyjny, trójwymiarowy obraz naczyń krwionośnych znajdujących się wewnątrz guzów nowotworowych. Za pomocą takiego narzędzia, nazwanego tomografem fotoakustycznym, można łatwiej ustalić granicę między tkaną zdrową a zmienioną chorobowo, co z kolei pozwoli zwiększyć skuteczność zabiegów leczniczych. Urządzenie, które powstało w University College London, znacznie różni się od typowych ultrasonografów. Przede wszystkim, zamiast fal ultradźwiękowych, do prześwietlania ciała pacjenta użyto w nim bardzo krótkich impulsów podczerwonego lasera. Gdy światło jest pochłaniane przez komórki, te na krótko rozszerzają się, co z kolei powoduje powstanie ultradźwięków. Odgłosy te są przechwytywane przez specjalny czujnik tomografu i analizowane. Okazało się, siła uzyskanego dźwięku zależy od stopnia pochłaniania światła przez tkankę. Ponieważ najwyższy współczynnik absorpcji w bliskiej podczerwieni ma hemoglobina, skaner generuje bardzo wyraźne obrazy naczyń krwionośnych. Choć opisywane urządzenie najlepiej nadaje się do badania tkanek znajdujących się blisko powierzchni skóry, jest ono w stanie rejestrować również obraz miejsc znajdujących się na głębokości kilku centymetrów. Niestety, tomografu fotoakustycznego jeszcze nie można spotkać w gabinetach lekarskich. Obecnie działające prototypy pracują stosunkowo powoli, a wykorzystany w nich czujnik nie jest przystosowany do badania zakrzywionych powierzchni. Trwają prace nad udoskonaleniem urządzenia.

Jak się okazuje, myszka komputerowa niejedno ma imię. Może na przykład nazywać się MagicMouse, być montowana do palca i poruszać się w trzech wymiarach. Takie właśnie urządzenie wymyśliła piątka amerykańskich studentów z Worcester Polytechnic Institute. Użytkownik nowatorskiej myszki zakłada ją na palec jak pierścionek i poruszając dłonią we wszystkich kierunkach steruje kursorem na ekranie. Miniaturowa myszka komunikuje się za pomocą ultradźwięków z odbiornikiem, który określa jej pozycję i wysyła dane do komputera. MagicMouse znakomicie ułatwia pracę. Przybliżanie czy oddalanie odbywa się dzięki zbliżeniu i oddaleniu dłoni od odbiornika. Jednocześnie można poruszać dłonią przesuwając kursor. Dzięki temu np. podczas pracy z mapami użytkownik może w tym samym momencie powiększyć interesujący go obszar i jednocześnie przesunąć kursor w inny punkt ekranu. Mysz pozwala też na znacznie łatwiejsze niż dotychczas manipulowanie obiektami podczas pracy z aplikacjami CAD. Twórcy nowego urządzenia podkreślają, że nawet podczas pracy z takimi programami jak edytory tekstów czy przeglądarki internetowe, MagicMouse pozwala na bardziej intuicyjną pracę. Studenci oparli swój pomysł na czynniku TDOA (time difference of arrival – czasowa różnica odebrania sygnału), na którym bazuje też np. GPS. Pięć czujników co 16 milisekund odbiera sygnał z myszki i, porównując opóźnienia sygnału w każdym z nich, określa jej dokładną pozycję. Największym problemem było zmniejszenie myszy tak, by mieściła się na palcu. W końcu udało się stworzyć urządzenie o powierzchni 6,5 centymetra kwadratowego, które waży mniej niż 10 gramów. Zasilane jest ono litowo-polimerową baterią, która wystarcza na dwa tygodnie nieprzerwanej pracy. Później należy ją ponownie załadować. Koszty zbudowania prototypu wyniosły 155 dolarów. WPI udostępniło film, na którym widać myszkę w akcji.

Amerykańscy uczeni poinformowali o opracowaniu nietypowego wykrywacza min. Urządzenie potrafi na odległość odnaleźć zakopane w ziemi miny dzięki wykorzystaniu fal dźwiękowych. Skuteczne wykrywacze min są bardzo potrzebne w wielu krajach. Na całym świecie każdego roku ofiarami wybuchu min pada 26 tysięcy osób. Większość z nich to cywile, a ponad połowa nie ukończyła 16. roku życia – mówi Robert Haupt, wynalazca z MIT, który pracował nad wykrywaczem. Obecnie do odnajdowania min najczęściej wykorzystuje się wykrywacze metali. Nie radzą sobie one jednak ani z minami z tworzyw sztucznych, ani z takimi, które zakopane są głęboko w ziemi. Ponadto pracują one na krótkich dystansach, a więc osoba obsługująca taki wykrywacz sama musi wejść na pole minowe, co wiąże się z dodatkowym ryzykiem. Nowe urządzenie do odnajdowania min przypomina tarczę do rzutków. Emituje ono skoncentrowane ultradźwięki w kierunku pola minowego. Powietrze, przez które przechodzą ultradźwięki, obniża ich częstotliwość do poziomu słyszalnego dla ludzkiego ucha. Dźwięki wnikają w ziemię i odbijają się od napotkanych w niej ciał stałych. Te odbite fale są następnie mierzone przez system laserowy. Haupt odkrył, że odbite dźwięki są na tyle specyficzne dla różnych obiektów, iż nie tylko odróżniają miny od np. kamieni, ale również można dzięki nim odróżnić poszczególne typy min. Testy przeprowadzone przez Korpus Inżynierów Armii Stanów Zjednoczonych wykazały, że nowy wykrywacz jest bardziej dokładny niż obecnie używane urządzenia. Ponadto potrafi odnaleźć minę z odległości 10 metrów. Najpoważniejszym minusem zbudowanego prototypu jest fakt, iż szybko się on przegrzewa. Haupt i jego koledzy rozpoczęli już pracę nad udoskonaleniem urządzenia. Obiecują, że za dwa lata będzie ono gotowe do praktycznego wykorzystywania. Koszt nowego wykrywacza będzie wyższy, niż obecnie stosowanych. Haupt twierdzi jednak, że jeśli weźmie się pod uwagę jego większy zasięg, szybkość pracy i bezpieczeństwo, koszty obu urządzeń będą porównywalne. Innym problemem może okazać się ukształtowanie terenu. Wykrywacz świetnie sprawdza się na płaskich przestrzeniach. Jednak tam, gdzie ziemia pokryta jest roślinnością a jej powierzchnia nie jest płaska, mogą pojawić się problemy. Laser odczytujący odbite dźwięki może w takich warunkach tracić zasięg. Niezależni specjaliści uważają jednak, że to, czego dokonał Haupt jest olbrzymim postępem. Od dłuższego już czasu myślano o wykorzystaniu ultradźwięków do wykrywania min. Dotychczas nikomu się to jednak nie udało. Istnieje więc nadzieje, że skoro na tym polu dokonano przełomu, to uczeni poradzą sobie i z problemami wywołanymi ukształtowaniem terenu.

Chińskim naukowcom udało się opracować technologię, która pozwoliła na... lewitowanie niewielkich zwierząt. Dokonali tego za pomocą ultradźwięków. Już w przeszłości akademicy z Politechniki Północno-Zachodniej w Xi’an korzystali z ultradźwięków do lewitowania ciężkich pierwiastków – irydu i ołowiu. Celem tych pozornych zabaw jest opracowanie nowoczesnych metod produkcyjnych, które pozwoliłyby wytwarzać najróżniejsze towary – od leków po stopy metali – bez potrzeby przechowywania półproduktów w opakowaniach. Komponenty do wytwarzania niektórych towarów nie powinny trafiać do żadnych pojemników, gdyż albo ulegają w nich degradacji, albo wchodzą w reakcje z pojemnikami. Interesowała nas odpowiedź na pytanie: Co się stanie, jeśli żywe stworzenie zostanie umieszczone w polu akustycznym? Czy będzie ono stabilnie lewitowało? – mówi Wenjun Xie, fizyk biorący udział w gadaniach. Chińczycy stworzyli zestaw składający się z urządzenia emitującego dźwięk oraz odbijającego go lustra. Do lewitowania wykorzystano fale dźwiękowe o długości 20 milimetrów, co powinno w teorii pozwolić na unoszenie obiektów na wysokość co najwyżej połowy długości fali. W powstałym polu dźwiękowym udało się poddać lewitacji mrówki, żuki, pająki, biedronki, pszczoły, kijanki i małe ryby. Gdy unoszono ryby do pola dźwiękowego co minutę dodawano wody. Mrówka i biedronka próbowały uciec z pola dźwiękowego. Mrówce nie udało się, gdyż pole stanowiło zbyt słabe oparcie dla odnóży, z kolei dla biedronki okazało się ono zbyt silne, by mogła z niego odlecieć. Xie przyznał, że jego zespół musiał na bieżąco kontrolować moc pola, by zwierzęta nie uciekły. Po 30 minutach lewitacji zarówno mrówka jak i biedronka wyglądały na zupełnie zdrowe.