Wprowadzenie

Według oficjalnych szacunków aktualnie na całym świecie żyje około 35 mln nosicieli HIV, a liczba osób zakażonych w Stanach Zjednoczonych, Europie Zachodniej i Środkowej tylko w latach 2001-2009 wzrosła o 30% i obecnie przekracza 2 miliony. Liczby te są alarmujące, zwłaszcza gdy weźmie się pod uwagę, że w tym samym czasie znacznie podniosła się społeczna świadomość na temat dróg transmisji zakażeń oraz sposobów minimalizacji ryzyka.

Wyniki badań wskazują, że w wielu przypadkach samo posiadanie wiedzy na temat HIV i innych chorób przenoszonych drogą płciową nie motywuje wystarczająco silnie do podejmowania względnie bezpiecznych zachowań, na przykład do używania prezerwatyw. Wygląda na to, że w kwestii profilaktyki HIV/AIDS między deklarowaną wiedzą a jej zastosowaniem w praktyce istnieje przepaść, którą z jakichś powodów trudno zasypać.

Gdzie szukać przyczyn? Naukowcy z Wydziału Psychologii Uniwersytetu w Konstancji (Niemcy) Britta Renner, Ralf Schmälzle i Harald T. Schupp wysunęli hipotezę, że winę za to ponosi ludzki mózg i jego skłonność do ulegania częściej intuicyjnym przeczuciom, odruchowym skojarzeniom, uprzedzeniom i stereotypom niż wskazówkom płynącym z dostępnej wiedzy i zdrowego rozsądku. Wyniki badań zostały opublikowane online w PLoS ONE w dniu 24 stycznia 2012.

"Jednym z czynników, który mógłby wyjaśniać istnienie rozbieżności między powszechną wiedzą na temat dróg zakażenia HIV i dość rzadkim używaniem prezerwatyw jest fakt, że używanie prezerwatyw często wywołuje negatywne postawy i odczucia (np. uważane jest za niewygodne lub krępujące) - zwracają uwagę autorzy badań. - To może zachęcać osoby, które chciałyby jednak w jakiś sposób obejść używanie prezerwatyw, do zdawania się na inne strategie minimalizowania ryzyka. W istocie, badania terenowe wykazują, że powszechnie stosowaną strategią unikania używania prezerwatyw jest czujne przyglądanie się potencjalnym partnerom seksualnym w celu wyczucia poziomu ryzyka i w konsekwencji uniknięcia ryzykownych kontaktów. Niestety, ocena poziomu ryzyka na podstawie samego uważnego przyglądania się innej osobie daje tylko złudne poczucie ochrony przed ewentualnym zakażeniem: jest to strategia nieskuteczna, zawodna, dodająca animuszu osobom fałszywie przekonanym, że sprawują pełną kontrolę nad sytuacją, i wzmacniająca nieuzasadnione poczucie własnej nieśmiertelności. Patrząc na sprawę z punktu widzenia racjonalnego obserwatora należy podkreślić, że poleganie na tego rodzaju strategiach oceny ryzyka jest po prostu irracjonalne, nawet jeśli dowody naukowe wskazują, że takie zachowania są dość częste w życiu codziennym".

Wyniki badań z dziedziny zdrowia publicznego, psychologii zdrowia czy psychologii społecznej konsekwentnie wskazują, że subiektywnie oceniany poziom ryzyka zakażenia opiera się najczęściej na bliżej nieokreślonym pierwszym wrażeniu. Ludzie są często przekonani, że po prostu wiedzą, czy kontakty seksualne z daną osobą są bezpieczne czy nie, mimo że nie posiadają o niej żadnych szczegółowych informacji.

"Wyniki badań laboratoryjnych sugerują, że ludzie znacznie przeceniają swoje możliwości identyfikacji nosicieli HIV, a szacowanie poziomu ryzyka przebiega w oparciu o przypadkowe cechy ocenianej osoby, które nie mają żadnego związku ze stanem zakażenia - przypominają naukowcy. - Te fakty każą zastanowić się nad pytaniem, jakie cechy wpływają na formułowanie takich intuicyjnych ocen na temat poziomu zagrożenia lub bezpieczeństwa związanego z podejmowaniem kontaktów seksualnych. Ponieważ zakażenie chorobą przenoszoną drogą płciową lub HIV nie powoduje natychmiastowych problemów zdrowotnych, nie istnieją więc wyraźne i łatwo obserwowalne symptomy, na których podstawie można trafnie określić, czy mamy do czynienia z osobą zakażoną. Dlatego należy przypuszczać, że ocena poziomu ryzyka jest formułowana na podstawie innych cech ocenianej osoby".

Obrońcy intuicji mogą argumentować, że być może istnieją jednak pewne podświadome mechanizmy, nabyte w toku milionów lat rozwoju gatunku, które mimo wszystko pozwalają ludziom na formułowanie trafnych ocen dotyczących różnych cech osoby na podstawie pierwszego wrażenia, czyli w ciągu ułamków sekundy od nawiązania kontaktu (np. hipoteza dobrych genów). Choć nie można tego do końca wykluczyć, wyniki dotychczasowych badań z udziałem ludzi wskazują, że w większości przypadków wnioski wyciągane na podstawie pierwszego wrażenia bywają co najmniej nieuzasadnione, a często wręcz zwodnicze, a wszelka ocena ryzyka zakażenia HIV lub inna chorobą przenoszoną drogą płciową, która nie jest dokonywana w oparciu o wyniki badań laboratoryjnych lub szczegółowe oględziny lekarskie, obarczona jest wysokim ryzykiem błędu.

"W naszych badaniach przyjęliśmy założenie, że subiektywna ocena poziomu ryzyka zakażenia HIV powstaje na bazie przetwarzania intuicyjnego - naukowcy omawiają założenia metodologiczne badań własnych. - Wysunęliśmy hipotezę, że intuicyjne wyczuwanie ryzyka bazuje na procesach przetwarzania afektywnego, których rezultatem mogą być subtelne zmiany doznań (np. uczucia). W ciągu ostatnich dziesięciu lat na gruncie neuropsychologii emocji udało się uchwycić neuronalne korelaty przetwarzania emocjonalnego. Rejestrowanie potencjałów wywołanych (event-related brain potential, ERP) pozwala naukowcom określić czas trwania przetwarzania bodźca i zmiany w poziomie uwagi, związane z działaniem bodźca emocjonalnego. Późny potencjał dodatni (late positive potential, LPP), jak konsekwentnie i wiarygodnie obserwowano w badaniach prowadzonych z wykorzystaniem szerokiego zakresu materiału bodźcowego (m.in. scen naturalnych wydarzeń nasyconych emocjonalnie, mimiki i symbolicznej gestykulacji), może być traktowany jako korowy wskaźnik przetwarzania emocjonalnego".

Podejście oparte na rejestrowaniu potencjałów wywołanych wykorzystywane jest w wielu badaniach naukowych, w których w nieinwazyjny (z wykorzystaniem metody wywodzącej się elektroencefalografii), ale jednocześnie precyzyjny sposób, dąży się do uzyskania wglądu w przebieg procesów przetwarzania poznawczego i emocjonalnego w mózgu. Podejście to wykorzystuje fakt, że aktywność bioelektryczna mózgu, związana z daną formą aktywności umysłowej, wykonywaniem danego rodzaju zadania lub pojawiająca się w odpowiedzi na dany rodzaj bodźca, przebiega wedle pewnego charakterystycznego wzorca, który znajduje odzwierciedlenie w kształcie wykresu aktywności bioelektrycznej mózgu, a dokładnie w kształcie, amplitudzie i czasie latencji jego dodatnich i ujemnych załamków.

W niedawnych badaniach wykazano między innymi, że twarze osób, którym przypisywano (bez faktycznych podstaw) nosicielstwo HIV, wywoływały istotnie dłuższy późny potencjał dodatni w porównaniu z twarzami osób, które oceniano jako nienależące do grupy ryzyka. (Późny potencjał dodatni to jeden z komponentów ERP, rejestrowany ok. 400-800 milisekund po zadziałaniu bodźca). Trzeba jednak pamiętać, że istotnie dłuższy nie oznacza jednak wcale "długi" w zwykłej ludzkiej skali - dane uzyskane na podstawie rejestracji aktywności bioelektrycznej mózgu wskazują, że pierwsze wrażenie powstaje w ułamku sekundy, poprzedzając i wypaczając dalszą racjonalną ocenę osoby lub sytuacji. Wyniki wieloletnich badań nad potencjałami wywołanymi wskazują, że procesy związane z redukowaniem niepewności przebiegają w mózgu bardzo wcześnie, gdyż uważa się, że odpowiadają im załamki P300, dodatnie załamki rejestrowane ok. 300 ms po zadziałaniu bodźca.

Przebieg badań

W celu zbadania intuicyjnych podstaw percepcji ryzyka zakażenia HIV naukowcy w pewnym sensie połączyli dwa podejścia: jedno stosowane głównie w psychologii, drugie - wykorzystywane w elektrofizjologii układu nerwowego.

Po pierwsze, dążyli do zidentyfikowania stereotypu nosiciela HIV. Musieli więc określić, jakie cechy wyglądu i osobowości przypisywane są stereotypowo nosicielowi wirusa. Po drugie, chcieli uzyskać wgląd w neuronalne korelaty spostrzeganego poziomu ryzyka zakażenia, wykorzystując w tym celu metodę rejestracji potencjałów wywołanych.

Aby określić stereotyp nosiciela HIV, naukowcy stworzyli zestaw 240 różnych fotografii (120 zdjęć mężczyzn i 120 zdjęć kobiet), uzyskanych dla celów badawczych za pozwoleniem użytkowników serwisu www.flickr.com. W badaniach wykorzystano jedynie zdjęcia kolorowe, autoportrety osób rasy białej w wieku 18-35 lat. W celu zbliżenia warunków przebiegu badania do warunków naturalnych zdjęcia dobrano w ten sposób, by zawierały również elementy ubioru i inne wskazówki dotyczące statusu socjoekonomicznego osoby i kontekstu sytuacyjnego.

Osoby przedstawione na zdjęciach były najpierw oceniane przez czterdziestu ochotników w wieku 20-32 lata (w tym 12 mężczyzn), zwerbowanych na kampusie Uniwersytetu w Konstancji. Każda osoba badana oceniała 120 zdjęć osób przeciwnej płci (kobiety oceniały zdjęcia mężczyzn, mężczyźni - kobiet). Prezentacja każdej fotografii trwała 2 sekundy. W czasie każdej prezentacji za pomocą czułej aparatury o wysokiej rozdzielczości rejestrowano u osób badanych potencjały wywołane. Na koniec osoba badana oceniała na siedmiopunktowej skali, jakie jest prawdopodobieństwo, że osoba, która znajduje się na zdjęciu, jest nosicielem wirusa HIV.

Po upływie tygodnia ta sama grupa ochotników ponownie oceniała fotografie na siedmiostopniowej skali, tym razem nie tylko pod względem ryzyka HIV, ale również ogólnej atrakcyjności, stanu zdrowia, odpowiedzialności, zaufania, walencji (pociągający vs odpychający), poziomu pobudzenia i ryzyka HIV. Ponadto osoby badane oceniały poziom własnej gotowości do nawiązania kontaktu z osobą przedstawioną na zdjęciu.

W celu poszerzenia bazy danych do badań zwerbowano jeszcze jedną grupę ochotników, licząca tym razem 42 osoby w wieku 20-28 lat (w tym 19 mężczyzn), która ponownie oceniała fotografie pod względem cech osobowości i ryzyka HIV.

Wnioski

Wyniki badań wskazują, że w społecznej wyobraźni funkcjonuje wyrazisty i względnie stabilny stereotyp nosiciela wirusa HIV. Choć wykorzystany bogaty materiał fotograficzny nie poddaje się łatwej analizie, istnienie tego stereotypu można wywnioskować na podstawie zgodności ocen formułowanych przez osoby badane w czasie pierwszej i drugiej sesji badań. Badani z pierwszej grupy ochotników oceniali osoby z fotografii pod kątem prawdopodobieństwa nosicielstwa wirusa HIV dwukrotnie w tygodniowym odstępie czasu. Stopień zgodności formułowanych ocen ryzyka HIV w obu sesjach okazał wysoki, zarówno w grupie mężczyzn, jak i kobiet, co nie może być tylko dziełem przypadku.

Osoby na zdjęciach oprócz ryzyka HIV oceniane były również pod kątem różnych cech osobowości. Na podstawie analizy czynnikowej naukowcy wykazali, że w opinii osób badanych ze stereotypem nosiciela HIV (wysokie ryzyko HIV) wiążą się takie cechy, jak pobudzony, a także niegodny zaufania i nieodpowiedzialny (czynnik bezpieczeństwo).

"Główny wniosek z naszych badań jest taki, że ryzyko HIV, poziom zaufania i odpowiedzialność wchodzą w skład wspólnego czynnika, związanego poczuciem bezpieczeństwa w kontaktach międzyludzkich - zauważają autorzy badań. - Uzyskane wyniki wskazują tu na działanie pewnego stereotypu wysokiego ryzyka. Konkretnie, niskie poczucie odpowiedzialności i niski poziom zaufania są konsekwentnie wskazywane jako wiodąca cecha osób kojarzonych z grupą wysokiego ryzyka zakażenia HIV".

Inny czynnik (walencja-zbliżenie), który również wyłoniono na podstawie analizy zebranych danych, grupował takie cechy, jak atrakcyjny, zdrowy, pociągający i z którym warto nawiązać kontakt. Co ciekawe, czynnik ten nie obejmuje w ogóle cechy ryzyka HIV. Oznacza to, że osoby atrakcyjne nie tyle kojarzą się z niskim ryzykiem zakażenia wirusem, ale są jakby poza wszelkim podejrzeniem - po prostu w ogóle nie spostrzega się ich w kategoriach nosicielstwa wirusa HIV!

"Percepcja poziomu ryzyka nie odzwierciedla wprost spostrzeganego stanu zdrowia, gdyż stan zdrowia pozostaje silniej związany z czynnikiem walencja-zbliżenie niż z czynnikiem bezpieczeństwo. Podobnie okazuje się, że spostrzegany stan zdrowia pozostaje związany z atrakcyjnością i tendencją do zbliżenia, co jest zgodne z założeniami hipotezy dobrych genów w doborze płciowym, ale najwyraźniej nie pozostaje w najmniejszym stopniu związany ze spostrzeganym ryzykiem HIV. Można przypuszczać, że silniejsze powiązanie ryzyka HIV raczej z odpowiedzialnością i zaufaniem niż ze stanem zdrowia czy atrakcyjnością jest charakterystyczne w przypadku chorób przenoszonych drogą płciową. Ryzyko zakażenia chorobą przenoszoną drogą płciową związane jest ze stylem zachowania danej osoby, a więc można uważać, że w dużym stopniu poddaje się kontroli. Skoro osoba jest zdolna do zarządzania ryzykiem, to spostrzegane cechy odpowiedzialności i wzbudzanego zaufania mogą być głównymi wskazówkami, na których podstawie dokonuje się jego oceny".

Co ma z tym wspólnego bioelektryczna aktywność mózgu?

"W wyniku naszych badań uzyskaliśmy dowody na stosunkowo wczesną (220-340 ms) modulację potencjału ERP przez poziom ryzyka HIV - badacze referują wyniki badań. - Ogólnie rzecz biorąc, potencjały te są dodatnie w tylnych i ujemne w przednich okolicach mózgu. Jednakże przetwarzanie bodźców związanych z wyższym poziomem ryzyka skutkowało względnym spadkiem potencjałów w okolicach sensora potyliczno-skroniowego i wzrostem w okolicach sensora centralno-czołowego (pojęcia elektrofizjologiczne, nie odpowiadające dokładnie analogicznym płatom mózgowym, przyp. tłum.). Topografia różnic w aktywności ERP, a więc względny spadek w tylnych i wzrost w przednich okolicach mózgu, został zilustrowany w postaci map różnic potencjałów wywołanych". Jedną z tych map zamieszono poniżej.

Choć pewne różnice w potencjałach wywołanych (ERP) związanych z ryzykiem HIV zarejestrowano również nieco później, t.j. ok. 350-700 ms, to nie okazały się one istotne statystycznie. Wyniki badań wskazują więc, że procesy mózgowe związane z oceną ryzyka zakażenia wirusem przebiegają w mózgu bardzo szybko, w ciągu ułamka sekundy, co zbieżne jest z wcześniejszymi badaniami nad aktywnością bioelektryczną mózgu związaną z redukcją niepewności.

"Odkrycie, że ludzie często po prostu wiedzą, czy kontakty seksualne z daną osobą są bezpieczne czy ryzykowne, powinno stanowić punkt wyjścia dla dalszych badań naukowych nad intuicyjnym szacowaniem ryzyka w ważnej dziedzinie psychologii zdrowia. Dysponujemy coraz większą liczbą dowodów, które wskazują, że szacowanie ryzyka przebiega bardzo szybko, a ludzie nie są w stanie uzasadnić swoich odczuć. (...) Zrozumienie mechanizmu i roli przetwarzania intuicyjnego w percepcji ryzyka stanowi bazę dla przyszłych badań nad strategiami promującymi przejmowanie skutecznych i ostrożnych zachowań. Na przykład, informowanie uczestników programów profilaktycznych o tym, jak łatwo powstają błędne przekonania na temat bezpieczeństwa potencjalnych partnerów i dostarczanie bezpośrednich doświadczeń poprzez korygujące informacje zwrotne może pomóc stworzyć zupełnie nowe sposoby interwencji profilaktycznych. Podsumowując można stwierdzić, że integracja metod i odkryć z różnych dziedzin okazuje się przydatna w pogłębianiu naszego rozumienia intuicyjnych procesów związanych z percepcją ryzyka".

Referencje dokumentu: Renner B, Schmälzle R, Schupp HT (2012) First Impressions of HIV Risk: It Takes Only Milliseconds to Scan a Stranger. PLoS ONE 7(1): e30460. doi:10.1371/journal.pone.0030460

Niektóre informacje nt. potencjałów wywołanych, wykorzystane w artykule, przytoczono za: Chudzik W, Przybyła M, Kaczorowska B, Chmielewski H (2004) Potencjał P300 w diagnostyce zaburzeń poznawczych. Wiadomości Lekarskie; 57(7-8): 356-359 oraz za: Steuden M (2002) Przegląd technik badawczych ośrodkowego układu nerwowego [w:] Herzyk A, Kądzielawa D (red.) Związek mózg-zachowanie w ujęciu neuropsychologii klinicznej. Wydawnictwo UMCS, Lublin, 37-60.

Naukowcy zajmujący się tworzeniem sterowanych myślami urządzeń protetycznych, np. dla osób z urazami rdzenia kręgowego czy po amputacjach, powinni ucieszyć się z wyników nowego finansowanego ze środków UE badania, które dowodzi, że mózg jest bardziej elastyczny niż dotąd sądzono.

Na łamach czasopisma Nature naukowcy z Portugalii i USA wyjaśniają, w jaki sposób w ramach procesu nazywanego plastycznością niektóre części mózgu uczą się wykonywać czynności, do których nie są normalnie przystosowane. Naukowcy odkryli, że te same obszary mózgu, które służą do uczenia się funkcji motorycznych, takich jak jazda na rowerze czy prowadzenie samochodu, można wykorzystać do ćwiczenia zadań czysto umysłowych. Jest to także pierwsze badanie, które z powodzeniem wyklucza rolę ruchu fizycznego w nauce używania protez.

Jeden z autorów badania, dr Rui Manuel Marques Fernandes da Costa z Ośrodka im. Champalimauda w Lizbonie otrzymał grant startowy Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) w wysokości ponad 1,5 mln euro na projekt NEUROHABIT ("Mechanizmy neuronowe nauki czynności i wyboru czynności: od działania intencjonalnego do nawyku"), który został wykorzystany w badaniu.

Inny z autorów, Jose Carmena z Uniwersytetu Kalifornijskiego, komentuje wyniki badania: "Mamy nadzieję, że nasze odkrycia dotyczące mózgowych powiązań neuronowych doprowadzą do stworzenia lepszych protez, które będą tak bliskie naturalnej anatomii, jak to możliwe. Wyniki badań wskazują, że uczenie się sterowania BMI (interfejsem mózg-maszyna), które jest z zasady nienaturalne, może wydawać się całkowicie naturalne człowiekowi, gdyż proces uczenia wykorzystuje istniejące wbudowane struktury mózgu odpowiedzialne za funkcje motoryczne. Ma to kluczowe znaczenie dla osób, które nie mogą się poruszać. Większość badań nad interfejsem mózg-maszyna było przeprowadzanych na zdrowych, pełnosprawnych fizycznie zwierzętach. Nasze badanie dowodzi, że sterowanie neuroprotezą jest możliwe, nawet jeśli nie obejmuje ruchu fizycznego".

Doświadczenia przeprowadzane przez naukowców obejmowały między innymi sprawdzenie, czy szczury potrafią wykonać całkowicie abstrakcyjne zadanie, które nie wymaga ruchu fizycznego. Naukowcy powiązali funkcję neuronów ruchowych potrzebnych zwierzęciu do poruszania wąsami z czynnością wymaganą do zdobycia nagrody w postaci pożywienia. Szczury podłączono do interfejsu mózg-maszyna, który przekształcał fale mózgowe w tony dźwiękowe. Aby otrzymać nagrodę, szczury musiały zmienić wzorzec myślowy w konkretnym obszarze mózgu, zwiększając lub zmniejszając wysokość sygnału. Szczury otrzymywały dźwiękową informację zwrotną, dzięki czemu uczyły się kojarzyć określone wzorce myślowe z daną wysokością dźwięku.

W ciągu zaledwie dwóch tygodni szczury nauczyły się, że aby otrzymać suchą karmę, muszą wygenerować wysoki ton, a aby otrzymać wodę z cukrem - ton niski. Gdyby badana grupa neuronów była używana do pełnienia swojej normalnej funkcji, tj. poruszania wąsami, zwierzęta nie zmieniałyby wysokości dźwięku i nie otrzymywały nagrody.

"Jest to coś, co nie jest naturalne dla szczurów", mówi dr Costa. "To znaczy, że możliwe jest zbudowanie protez, które nie muszą kopiować anatomii naturalnego układu motorycznego, aby działać".

Naukowcy mają nadzieję, że odkrycie doprowadzi do stworzenia nowej generacji protez, którymi pacjenci będą mogli sterować w sposób naturalny i bez wysiłku.

© Unia Europejska 1994 - 2012

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Koralek, A. C. et al., "Corticostriatal plasticity is necessary for learning intentional neuroprosthetic skills", Nature, 2012. doi:10.1038/nature10845

W filmie Surogaci ('Surrogates') z 2009 roku bohaterowie prowadzą bujne życie w ciałach robotów, podczas gdy sami przebywają bezpiecznie w domach. Powyższa wizja fantastyczno-naukowa jest wciąż odległa, jednak poczynione niedawno, dzięki funduszom unijnym, postępy technologiczne pozwoliły zmniejszyć dystans dzielący fantastykę od rzeczywistości, z myślą o zwiększeniu autonomii i niezależności osób niepełnosprawnych...

Miliony Europejczyków dotknięte są niepełnosprawnością ruchową, ograniczającą ich zdolność do przemieszczania się, kontaktowania lub komunikowania z innymi ludźmi. Dotyczy to zarówno osób poruszających się na wózkach w wyniku wypadków samochodowych, jak i osób całkowicie sparaliżowanych lub cierpiących na zespół zamknięcia ('locked-in syndrome').

W ostatnich latach opracowano szereg technologii, by umożliwić ludziom dotkniętym powyższymi rodzajami niepełnosprawności prowadzenie bardziej autonomicznego i niezależnego życia. Obecnie technologie te są ulepszane i łączone ze sobą w ramach hybrydowego systemu, który pozwoli użytkownikom sterować robotem za pośrednictwem myśli, korzystać z wirtualnych środowisk, w sposób zdalny sterować oświetleniem, ogrzewaniem oraz urządzeniami domowymi, a także łatwiej komunikować się z przyjaciółmi i otoczeniem.

"Naszym celem jest zapewnienie osobom dotkniętym niepełnosprawnością ruchową takiej autonomii, na jaką pozwala współczesna technologia, a tym samym w znaczący sposób polepszyć jakość ich życia", mówi Felip Miralles, pracownik Centrum Technologii Cyfrowych w Barcelonie ('Barcelona Digital Technology Centre'), będącego hiszpańskim centrum badań w dziedzinie TIK.

Felip Miralles jest koordynatorem projektu http://www.brainable.org (BrainAble)*, stanowiącego trzyletnią inicjatywę wspartą przez Komisję Europejską kwotą 2,3 milionów euro, której celem jest opracowanie i połączenie szeregu różnorakich technologii, usług oraz aplikacji i oferowanie ich w formie komercyjnego systemu osobom dotkniętym niepełnosprawnością ruchową.

Uczestnicy projektu BrainAble opracowują zaawansowane systemy bazujące na interfejsach mózg-komputer ('brain-computer interface' - BCI), inteligentnym otoczeniu ('ambient intelligence' - AmI), wirtualnej rzeczywistości ('virtual reality' - VR) oraz innych technologiach, które co prawda same w sobie oferują liczne korzyści osobom niepełnosprawnym, jednak dopiero w połączeniu mogą zapewnić niespotykaną wcześniej niezależność.

Łącząc BCI z innymi technologiami wspierającymi osoby niepełnosprawne naukowcy opracowali aplikację pozwalającą użytkownikom sterować robotem wyposażonym w funkcje teleobecności. Użytkownicy mogą sterować robotem w obrębie domu, realizować różnorakie zadania, a nawet komunikować się z innymi osobami, pozostając we własnym łóżku. Podobna technologia pozwala użytkownikom kontrolować awatar w środowisku wirtualnej rzeczywistości, w celu nauczenia go sterowaniem wózkiem inwalidzkim lub robotem w środowisku rzeczywistym, lub też w celu utrzymywania kontaktów towarzyskich.

Wiceprezydent Komisji Europejskiej, Neelie Kroes, w następujący sposób odniósł się w grudniu do projektu BrainAble: "Czy możecie sobie Państwo wyobrazić potencjalne korzyści [płynące ze stosowania tej technologii]? Nowe możliwości odzyskania niezależności, wyrażania samego siebie oraz ponowna zdolność do wykonywania zadań, które większość z nas uważa za oczywiste".

Przykładowo, w przypadku osób cierpiących na poważny paraliż lub syndrom zamknięcia, technologia BCI stanowi często jedyną możliwość komunikacji i interakcji. W systemach BCI wykorzystywane są implanty lub urządzenia zakładane na głowę, wyposażone w czujniki fal elektromagnetycznych wytwarzanych przez mózg. Użytkowników szkoli się w zakresie sterowania falami encefalograficznymi (EEG) w taki sposób, aby system mógł je przekładać na odpowiednie działania. Dzięki systemowi BCI osoba, która jest w stanie jedynie poruszać oczami, może napisać wiadomość, w sposób zdalny włączyć światło, poprosić o pomoc, sterować wózkiem inwalidzkim lub robotem w świecie rzeczywistym lub awatarem w środowisku wirtualnym.

Pomimo znaczącego postępu w dziedzinie BCI, który miał miejsce w ostatnich latach, systemy tego typu są nadal powolne - zrealizowanie pojedynczego zadania może im zająć nawet kilka sekund. Naukowcy uczestniczący w projekcie BrainAble stawiają czoła temu wyzwaniu poprzez wdrożenie w opracowywanej przez siebie platformie inteligentnych rozwiązań, które pozwalają systemowi rozumieć kontekst, w jakim znajduje się użytkownik oraz jego przyzwyczajenia, w celu podejmowania działań pro-aktywnych.

"Jeżeli dana osoba zwykle włącza telewizor o godzinie 19-tej, to w ramach interfejsu systemu oferowany będzie uproszczony dostęp do tej funkcji. System uczy się zachowań użytkowników i próbuje zrozumieć kontekst, w którym użytkownicy z niego korzystają", tłumaczy Miralles. "Ponadto wdrażamy rozwiązania z dziedziny inteligentnego otoczenia, by móc w sposób pasywny nadzorować sygnały EEG, w celu monitorowania poziomu zmęczenia lub koncentracji danej osoby. Jeżeli osoba okaże się zmęczona, to możliwe jest automatyczne uproszczenie interfejsu, w celu ułatwienia korzystania z niego".

W przypadku osób posiadających zdolności ruchowe, BCI może być wykorzystywane w połączeniu z innymi technologiami komputerowych interfejsów wspierających, takimi jak śledzenie ruchów gałki ocznej lub przełączniki EMG, które reagują na sygnały elektryczne powstające podczas nawet najmniejszych skurczów mięśni.

"Przykładowo osoba poruszająca się na wózku inwalidzkim może sterować ruchami wózka za pośrednictwem BCI, a następnie użyć przełącznika, w celu otwarcia drzwi", tłumaczy koordynator projektu. "Tego rodzaju hybrydowy system charakteryzuje się znacznie większym komfortem użytkowania. Naszym celem jest stworzenie elastycznego systemu, który będzie można w pełni dopasować do potrzeb konkretnego użytkownika. Niektóre technologie są bardziej przydatne dla osób dotkniętych pewnym rodzajem niepełnosprawności, a ponadto wraz ze zmianami zachodzącymi u poszczególnych osób zmieniają się także ich potrzeby".

Platforma BrainAble wyposażona jest także w oprogramowanie pośredniczące ('middleware') upraszczające dostęp do portali społecznościowych takich jak Twitter i Facebook, które w coraz większym stopniu umożliwiają osobom niepełnosprawnym przeciwdziałanie izolacji społecznej. "Standardowe interfejsy platform Twitter i Facebook są zbyt złożone i nie jest możliwe ich bezpośrednie wykorzystanie przez technologie wspomagające, takie jak BCI. W związku z powyższym stworzyliśmy warstwę pośredniczącą, zlokalizowaną pomiędzy technologią wspierającą a interfejsami portali społecznościowych, upraszczającą korzystanie z podstawowych funkcji tych interfejsów", twierdzi Miralles.

Uczestnicy projektu BrainAble łączą wszystkie technologie i usługi w ramach prototypowego, inteligentnego domu, który będzie stanowił ilustrację potencjału prowadzonych przez nich prac. Co istotne, rygorystycznie przestrzegają standardów opracowanych dla inteligentnych domów, dzięki czemu wdrażanie nowych urządzeń lub usług - zarówno sterowników ogrzewania, jak i aplikacji społecznościowe - jest równie proste, jak używanie rozwiązań typu 'plug and play'.

Prototypowy, inteligentny dom będzie stanowił narzędzie komercyjnego promowania wyników projektu BrainAble.

"Powyższa dziedzina badań naukowych spotyka się z dużym zainteresowaniem i w perspektywie od pięciu do siedmiu lat spodziewam się pojawienia na rynku konkurujących ze sobą, ogólnodostępnych produktów", twierdzi Miralles.

Austriacki partner projektu, firma Guger Technologies, planuje wykorzystać wyniki badań w oferowanych przez siebie produktach BCI, w tym dodać do nich funkcjonalność AmI, w celu stworzenia bardziej zintegrowanych systemów. Tymczasem portugalska firma Meticube, również uczestnicząca w projekcie BrainAble, zainteresowana jest wdrożeniem funkcjonalności BCI oraz AmI, w celu polepszenia współpracy pomiędzy urządzeniami i usługami stosowanymi w inteligentnych domach, nie tylko z myślą o osobach niepełnosprawnych, ale także o ludziach w podeszłym wieku oraz innych grupach docelowych.

"Potencjał rynku dla tego rodzaju technologii jest ogromny i dotyczy nie tylko osób o znacznej niepełnosprawności ruchowej. Powyższe badania przyniosą znaczące korzyści osobom w podeszłym wieku, ale nawet gracze mogliby korzystać z technologii BCI, gdy stanie się ona wystarczająco szybka i niezawodna", tłumaczy koordynator projektu BrainAble.

Projekt BrainAble uzyskał wsparcie finansowe w ramach Siódmego Programu Ramowego UE (7PR). Projekt wybrano także jako wystawcę na zakończoną niedawno w Brukseli Konwencję Innowacji 2011 ('Innovation Convention 2011').

Następcą projektu BrainAble jest finansowany ze środków UE projekt o nazwie BackHome, również koordynowany przez Barcelona Digital. Prace projektu BackHome skupione zostaną wokół zastosowania technologii BCI w celu wspierania nie tylko niezależności, ale także rehabilitacji oraz zdalnego nadzorowania osób cierpiących na zaburzenia neurologiczne.

* "Autonomia oraz integracja społeczna dzięki interfejsom mózg-komputer w kontekście rzeczywistości mieszanej: wspieranie więzi pomiędzy osobami niepełnosprawnymi, a otaczającym ich światem fizycznym i społecznym" ('Autonomy and social inclusion through mixed-reality brain-computer interfaces: connecting the disabled to their physical and social world')

© Unia Europejska 1994 - 2012

Źródło: CORDIS

Racjonalista już po raz drugi jako oficjalny partner włącza się w obchody Tygodnia Mózgu w Polsce i na świecie. Tydzień Mózgu jest kampanią społeczną o zasięgu globalnym, mającą na celu popularyzację wiedzy o mózgu i zwrócenie uwagi na potencjalne korzyści związane z postępami w dziedzinie badań nad mózgiem. Koordynatorami kampanii są Dana Alliance for Brain Initiatives (DABI) z siedzibą w Nowym Jorku w Stanach Zjednoczonych oraz European Dana Alliance for the Brain. Obchody Tygodnia Mózgu przypadają zawsze w trzecim tygodniu marca (w bieżącym roku są to dni 12-18 marca).

Tydzień Mózgu został zorganizowany przez DABI po raz pierwszy w 1996 roku i początkowo obchodzony był tylko w Stanach Zjednoczonych. Przedsięwzięciu przyświecała idea zjednoczenia różnych środowisk, instytucji i organizacji działających na rzecz promocji badań nad mózgiem, ponieważ słusznie uznano, że tylko intensywne badania naukowe mogą przyczynić się do opracowania skutecznych sposobów leczenia i profilaktyki chorób i zaburzeń funkcjonowania tego organu.

Tydzień Mózgu od początku okazał się sporym sukcesem i już w pierwszym roku wzięło w nim udział 160 organizacji ze Stanów Zjednoczonych. Popularność idei sprawiła, że w 1998 roku Tydzień Mózgu stał się wydarzeniem o zasięgu światowym, a w 2000 roku obchody zorganizowali już partnerzy z 41 krajów. W obchodach bierze udział kilkaset organizacji z całego świata. W roku 2011 w międzynarodowym kalendarzu imprezy znalazły się inicjatywy podjęte przez 384 partnerów z 52 krajów, którzy zorganizowali ogółem 768 wydarzeń popularyzujących wiedzę o mózgu i promujących badania nad mózgiem.

W organizację obchodów Tygodnia Mózgu w roku bieżącym zaangażowani są partnerzy DABI i EDAB z sześciu kontynentów. Najwięcej wydarzeń zaplanowano tradycyjnie w Stanach Zjednoczonych (ponad 400) i w Europie (blisko 300, z czego najwięcej w Niemczech i Zjednoczonym Królestwie). Poza Ameryką Północną i Europą Tydzień Mózgu 2012 będzie również obchodzony w takich krajach, jak Arabia Saudyjska, Australia, Brazylia, Indie, Malezja, Maroko, Nigeria, Turcja i wiele innych.

W Polsce imprezy Tygodnia Mózgu 2012 będą odbywać się w Gdańsku, Katowicach, Krakowie, Poznaniu, Sanoku i Warszawie. Racjonalista objął patronat medialny nad dwoma wydarzeniami: Dniem Mózgu na Uniwersytecie Gdańskim oraz Tygodniem Mózgu na Uniwersytecie Śląskim w Katowicach. W bogatym programie obu imprez znajdują się wykłady, ale także liczne warsztaty i pokazy laboratoryjne, co stwarza uczestnikom niepowtarzalną okazję, by bezpośrednio zaznajomić się z niektórymi elementami warsztatu pracy neuronaukowców.

Redakcja zaangażowała się w stworzenie na Racjonaliście platformy wymiany informacji o najważniejszych wydarzeniach Tygodnia Mózgu 2012 w Polsce. Z pewnością nie byłoby to możliwe bez ogromnej życzliwości organizatorów wszystkich imprez, sprzyjającej szybkiej i skutecznej wymianie informacji i materiałów prasowych.

W planach obchodów Tygodnia Mózgu w Racjonaliście znajduje się również neuronaukowa sonda, test wiedzy o mózgu i układzie nerwowym oraz publikacja nowinek naukowych.

Zachęcamy Czytelników i Sympatyków Racjonalisty do udziału we wszystkich wydarzeniach, jakie w ramach obchodów Tygodnia Mózgu odbędą się w całym kraju, gdyż impreza ta w oczywisty sposób sprzyja szerzeniu wiedzy, promuje naukowe metody poznania, a poprzez propagowanie współpracy między ludźmi z rożnych krajów i kontynentów w imię wspólnego dobra, jakim jest ludzkie zdrowie i jakość życia, ma również wymiar głęboko humanistyczny. Podobnie jak w zeszłym roku zachęcamy również każdego do dołożenia własnej cegiełki do tego przedsięwzięcia.

Interakcja niemowlęcia z otoczeniem jest ograniczona ze względu na słabo rozwinięte zdolności motoryczne dziecka. Dlatego badanie zdolności poznawczych niemowląt nie jest łatwym zadaniem. Które zdarzenie sensoryczne jest rezultatem własnego działania motorycznego niemowlęcia, a które nie? Naukowcy z Frankfurckiego Instytutu Badań Zaawansowanych i z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie nad Menem prawdopodobnie znaleźli odpowiedź na to pytanie. Ich badanie było współfinansowane w ramach projektu IM-CLEVER ("Wewnętrznie motywowane, uczące się kumulatywnie wszechstronne roboty"), który otrzymał wsparcie w wysokości 5,9 mln euro ze środków tematu "Technologie informacyjno-komunikacyjne" (TIK) siódmego programu ramowego (7PR).

Do badania zdolności poznawczych niemowląt można wykorzystać ruch gałek ocznych, ponieważ osiąga on dużą dokładność już na wczesnym etapie rozwoju dziecka. W zaprezentowanym w czasopiśmie PLoS ONE badaniu naukowcy wykorzystali technikę śledzenia w czasie rzeczywistym ruchu gałek ocznych, dając sześcio- i ośmiomiesięcznym dzieciom bezpośrednią kontrolę nad ich wizualnym otoczeniem. W ten sposób możliwe było zbadanie zagadnienia sprawstwa, czyli zdolności człowieka do postrzegania, że niektóre zdarzenia sensoryczne są wywoływane przez jego własne działania.

Wyniki dowodzą, że niemowlęta szybką uczą się wykonywać takie ruchu gałkami ocznymi, które pozwalają im wywołać pojawianie się nowych bodźców. Potrafią zatem wyszukiwać nowe sposoby kontrolowania swojego otoczenia.

"W przeciwieństwie do dotychczasowych metod badania zdolności poznawczych niemowląt, które koncentrowały się na zdolności patrzenia, nasza metoda daje niemowlętom bezpośrednią kontrolę nad ich fizycznym otoczeniem, pozwalając na modyfikowanie tego otoczenia za pomocą ruchu gałek ocznych", piszą autorzy badania. "Tego rodzaju metody, oparte na śledzeniu ruchu gałek ocznych, były wcześniej stosowane na osobach dorosłych, ale dopiero niedawno stało się możliwe wykorzystanie ich do badania dzieci. Zdolność niemowląt do szybkiego uczenia się sposobów kontrolowania otoczenia, jaką tu przedstawiliśmy, toruje drogę do w pełni interaktywnej nowej metody badania zdolności uczenia się i zdolności poznawczych u niemowląt i może stać się podstawą nowych technik szkolenia i metod leczenia".

Według naukowców, niemowlęta potrafią odkrywać nowe formy sprawstwa. Uczą się manipulować otoczeniem przy pomocy ruchów gałek ocznych. W tym celu wybierają punkt, w który się wpatrują, aby uzyskać konkretne zdarzenia sensoryczne. Mają także umiejętność szybkiego przewidywania rezultatów swoich działań.

"Wcześniej metody badania warunkowania instrumentalnego u niemowląt były ograniczone przez stosunkowo słabo rozwinięte i schematyczne zdolności motoryczne, w tym takie zachowania jak ssanie czy kopanie", piszą autorzy. "Główną zaletą metody badającej manipulowanie otoczeniem przy pomocy ruchów gałek ocznych jest to, że obejmuje ona duży repertuar dających się odróżnić czynności (ruch oczu w kierunku różnych obiektów lub miejsc bądź też mruganie), które wykonują niemowlęta".

Naukowcy twierdzą, że opracowana przez nich metoda może w przeciwieństwie do metod klasycznych dobrze nadawać się do badania zdolności poznawczych niemowląt.

Autorzy badania tłumaczą: "Po pierwsze, możemy uzyskać bogate i szczegółowe dane behawioralne. Po drugie, możemy w sposób interaktywny badać różne aspekty zdolności poznawczych niemowląt, dając małym dzieciom, które posiadają bardzo ograniczone zdolności językowe i motoryczne, możliwości komunikowania się ze światem i wpływania na niego. Po trzecie, metoda ta jest ciekawsza i bardziej satysfakcjonująca dla niemowlęcia".

© Unia Europejska 1994 - 2012

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Wang, Q. et al., "Infants in Control: Rapid Anticipation of Action Outcomes in a Gaze-Contingent Paradigm", PLoS ONE, 7(2): e30884, 2012. doi:10.1371/journal.pone.0030884

Badacze i klinicyści coraz większą uwagę zwracają na występujące w środowisku substancje hormonalnie czynne i ich możliwy wpływ na funkcjonowanie układu nerwowego. Do tych substancji zalicza się trwałe zanieczyszczenia organiczne, powstające wskutek spalania i utylizacji odpadów, w procesie obróbki tworzyw sztucznych i w przemyśle. Wymienia się wśród nich między innymi dioksyny, polichlorowane bifenyle, pestycydy, fungicydy czy też składniki plastiku: bisfenol A (BPA) czy ftalany.

Oprócz zaburzania funkcji endokrynnych, wiele z tych substancji upośledza neuroprzekaźnictwo i tworzenie sieci neuronalnych. Występujące w środowisku substancje hormonalnie czynne mogą przekraczać barierę łożysko-mózg, jednak wiedza na temat ich wpływu na układ nerwowy, zwłaszcza na wczesnych etapach rozwoju, jest niewielka. Obecnie istnieje pogląd, że egzogenne substancje hormonalnie czynne oddziałują głównie na centralne neurony monoaminergiczne i hamują rozwój neuronów dopaminergicznych, co może mieć znaczenie w etiologii chorób rozwojowych i wiązać się z upośledzeniem plastyczności mózgu, funkcji poznawczych i pamięci.

Od niedawna za czynnik ryzyka wystąpienia autyzmu uważa się prenatalne narażenie na ftalany, które są składnikami plastiku i występują m.in. w materiałach podłogowych. Stwierdzono również silną korelację między poziomem ftalanów a pojawieniem się symptomów ADHD u dzieci w wieku 8-11 lat. Podobne obserwacje poczyniono analizując prenatalne narażenie na inny składnik plastiku, BPA. Coraz częściej szkodliwe działanie BPA jest też wiązane z zaburzeniem funkcji poznawczych i autyzmem, a ostatnio również ze schizofrenią. Podobnie jak w przypadku składników plastiku, wykazano związek prenatalnej ekspozycji na pestycydy z częstszym występowaniem autyzmu i ADHD, a także z upośledzeniem rozwoju psychoruchowego niemowląt obserwowanym głównie między 6 a 12 miesiącem życia.

Ponadto, większość dostępnych danych wskazuje na szkodliwy wpływ prenatalnej ekspozycji na polichlorowane bifenyle, policykliczne węglowodory aromatyczne, polichlorowane dibenzo-p-dioksyny czy polibromowane difenyloetery na rozwój intelektualny i/lub psychoruchowy niemowląt i dzieci (od 6 miesięcy do 6 lat).

[oprac. na podstawie materiałów prasowych Tygodnia Mózgu 2012 w Krakowie]

W ramach obchodów Tygodnia Mózgu 2012 w Krakowie w dniu 14 marca 2012 dr hab. Małgorzata Kajta (Zakład Neuroendokrynologii Doświadczalnej, Instytut Farmakologii PAN w Krakowie) wygłosi wykład pt. W jaki sposób występujące w środowisku substancje hormonalnie czynne wpływają na mózg?. Miejsce i czas wykładu: Auditorium Maximum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, ul. Krupnicza 33, początek: godz. 17:00.

Mikro- i nanokrople płynące wewnątrz ledwie widocznych kanalików mogą być miniaturowymi reaktorami chemicznymi. Badania nad tą nowoczesną dziedziną współczesnej chemii będzie można prowadzić efektywniej dzięki nowemu laboratorium, które właśnie otwarto w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie.

1. W Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie otwarto nowoczesne laboratorium do badania zjawisk zachodzących w układach mikroprzepływowych. (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)

6 marca w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie otwarto Środowiskowe Laboratorium Ultraszybkich Urządzeń Mikroprzepływowych. W uroczystości wzięli udział przedstawiciele kilkunastu największych polskich instytucji naukowych tworzących konsorcjum NanoBioGeo.

Mikroprzepływy polegają na przepuszczaniu płynu nośnego z mikrokroplami zawierającymi odczynniki chemiczne przez odpowiednio zaprojektowane, proste w budowie i tanie w wykonaniu układy kanalików. Zrozumienie zjawisk zachodzących w warunkach mikroprzepływów oraz opracowanie technik wytwarzania, transportowania, łączenia i dzielenia mikrokropel różnych substancji chemicznych ma kluczowe znaczenie dla rozwoju dziedziny.

"Nasze laboratorium służy badaniom zjawisk w układach mikroprzepływowych. Chodzi przede wszystkim o rejestrację optyczną ultraszybkich procesów transportowych w mikro- i nanoskali, takich jak przepływy czy dyfuzja", mówi dr hab. Piotr Garstecki, prof. IChF PAN. Nowoczesna aparatura Laboratorium pozwala stosować wiele technik mikroskopowych, w tym mikroskopię fluorescencyjną oraz jasnego pola. Sprzęt umożliwia także prowadzenie badań z zakresu spektroskopii korelacji fluorescencji.

Badania nad mikroprzepływami są uznawane za przyszłościowe. W zgodnej opinii wielu naukowców, układy mikroprzepływowe zmienią oblicze współczesnej chemii w porównywalnym stopniu, jak układy scalone przekształciły elektronikę w latach 70. ubiegłego wieku.

Nowo otwarte laboratorium działa w Zakładzie Fizykochemii Płynów i Miękkiej Materii IChF PAN. Jest kolejnym uruchomionym z czternastu laboratoriów powstających w ramach projektu Krajowe Laboratorium Multidyscyplinarne Nanomateriałów Funkcjonalnych - NanoFun. Projekt ten jest realizowany przez konsorcjum naukowo-przemysłowe NanoBioGeo w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013.

Dostęp do aparatury Środowiskowego Laboratorium Ultraszybkich Urządzeń Mikroprzepływowych mają instytucje wchodzące w skład konsorcjum NanoFun oraz użytkownicy zewnętrzni, zarówno z kraju, jak i z zagranicy. Więcej informacji o Laboratorium można znaleźć na stronie: pepe.ichf.edu.pl/nanofun.

Celem projektu NanoFun jest utworzenie w Polsce sieci kilkunastu środowiskowych laboratoriów zajmujących się nowatorskimi badaniami naukowymi o charakterze inter- i multidyscyplinarnym, o potencjalnych zastosowaniach w zakresie nanomateriałów, biochemii, biofizyki i inżynierii chemicznej.

Z infrastruktury badawczej powstającej w kraju w ramach NanoFun skorzysta ponad 100 jednostek naukowych i firm oraz ok. tysiąca studentów. Przewiduje się, że infrastruktura umożliwi zrealizowanie ok. 150 projektów badawczych i rozwojowych o międzynarodowym charakterze, z udziałem kilkuset naukowców, m. in. z Harvard University, University of California, Johns Hopkins University, University of Toronto, McGill University, London University, Centro Nacional de Biotecnologia, Max Planck Institute, Ecole Politechnique i Queensland University of Technology.

Naukowcy ze Zjednoczonego Królestwa i USA zbadali kompletny skamieniały las sprzed 385 mln lat. Zaprezentowane w czasopiśmie Nature wyniki badania rzucają nowe światło na prehistoryczny las Gilboa, położony w górach Catskill w stanie Nowy Jork. Naukowcy określają Gilboa jako najstarszy skamieniały las, ale do niedawna dysponowali bardzo skąpymi informacjami na jego temat.

Podczas budowy tamy przed niemal stu laty odkryto skamieniałości setek dużych pni drzew (drzewo Gilboa) zachowanych w skałach. Zgromadzono jednak niewiele danych dotyczących geologicznego kontekstu skamielin, gleby, w której rosły drzewa, i odstępów między pniami. Wykopalisko zasypano ponownie po ukończeniu budowy tamy. Teraz naukowcy po raz pierwszy zbadali las Gilboa. Wcześniejsze badania skupiały się na eksponatach muzealnych i małych odkrywkach innych poziomów kopalin w pobliskich strumieniach.

Kiedy dwa lata temu wyrobisko zostało częściowo opróżnione podczas konserwacji tamy, naukowcy zbadali skamieniałości. Prof. Bill Stein z Uniwersytetu w Binghamton w USA i Frank Mannolini, technik paleontologii z Muzeum Stanu Nowy Jork odkryli, że doszło do odsłonięcia pierwotnego dna wyrobiska oraz że zachowały się korzenie i umiejscowienie pni.

Dr Chris Berry ze Szkoły Nauk o Ziemi i Oceanach Uniwersytetu w Cardiff w USA, jeden z autorów badania, opowiada: "Po raz pierwszy możliwe było czyszczenie ok. 1300 metrów kwadratowych wyrobiska celem przeprowadzenia badań. Sporządzono mapę położenia wszystkich skamieniałości roślin, jakie zachowały się na tej powierzchni".

Według naukowców, pnie drzew Gilboa to przypominające misy zagłębienia, których średnice sięgają prawie dwóch metrów. Zagłębienia otoczone są tysiącami korzeni. Drzewa te musiały mieć do 10 metrów wysokości i przypominać palmy lub paprocie drzewiaste.

Naukowcy znaleźli także kilka drewnianych łodyg leżących w pozycji horyzontalnej. Ich grubość sięga ok. 15 centymetrów. Zdaniem naukowców łodygi te przypominają pnące się po poszyciu pnie Aneurophytalean progymnosperm. Znaleziono także duży egzemplarz drzewiastego widłaka, drzewa tworzącego cienkie pokłady węgla w młodych skałach Europy i Ameryki Północnej.

"Wszystko to wskazuje, że prehistoryczny las w Gilboa był ekologicznie o wiele bardziej złożony, niż przypuszczaliśmy, i prawdopodobnie zawierał o wiele więcej związków węgla uwięzionych w drewnie", tłumaczy dr Berry. "Informacje te pozwolą w bardziej świadomy sposób spekulować na temat tego, jak ewolucja lasów zmieniała Ziemię. Dla mnie osobiście, możliwość chodzenia po poszyciu prehistorycznego lasu i wyobrażania sobie, że rośliny, które studiowałem przez ponad 20 lat jako skamieniałości, stoją teraz w miejscach zaznaczonych przez ich pnie, była jednym z najważniejszych momentów mojej kariery zawodowej. Siedem lat temu nasi koledzy, Linda (VanAller Hernick) i Frank, znaleźli skamieniałość całego drzewa Gilboa. To było niesamowite. Ale teraz mamy cały las!"

© Unia Europejska 1994 - 2012

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Stein, W.E., et al. (2012) "Surprisingly complex community discovered in the mid-Devonian fossil forest at Gilboa", Nature, 483(7387), 78. doi: 10.1038/nature10819.

Kiedy myślimy o tym, jak wyniki badań mogą zmienić świat lub pomóc przekroczyć kolejne granice w medycynie, mamy zwykle na myśli wysunięcie nowej hipotezy lub rozwiązanie zagadki. Czasem jednak badania, które obalają jakąś teorię, bywają równie pożyteczne, gdyż dzięki nim naukowcy mogą wyeliminować niektóre hipotezy i oszczędzić sobie lat bezowocnych poszukiwań. Grupa niemieckich naukowców dokonała właśnie tego.

Na łamach czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) naukowcy obalają powszechnie przyjętą hipotezę dotyczącą jednej z przyczyn chorób neurodegeneracyjnych. Wyniki badania dotyczą konkretnie modeli zwierzęcych ludzkiego stwardnienia zanikowego bocznego (ALS), znanego także jako choroba neuronu ruchowego, ale są powiązane też z innymi chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak choroba Alzheimera czy Huntingtona.

Praca otrzymała wsparcie ze środków projektu iPSoALS ("Modelowanie sporadycznej formy ALS w neuronach ruchowych poprzez genetyczne przeprogramowanie fibroblastów skóry pacjenta"), finansowanego w ramach inicjatywy Nuero ERA-NET siódmego programu ramowego (7PR).

Choroby neurodegeneracyjne objawiają się między innymi utratą aksonów - linii transmisyjnych przekazujących sygnały elektryczne między poszczególnymi komórkami nerwowymi - i synaps, które są najważniejszymi połączeniami między aksonami. W przeszłości uszkodzenia takie przypisywano niewystarczającemu dwukierunkowemu transportowi organelli, takich jak mitochondria, za pośrednictwem aksonów komórek nerwowych.

Naukowcy z Technische Universitaet Muenchen (TUM) i Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen (LMU) poddali w wątpliwość te dotychczasowe hipotezy w jednym z najbardziej kompleksowych badań, jakie kiedykolwiek przeprowadzano w tym zakresie. Wykorzystali nowe techniki obrazowania - bardzo precyzyjne w wymiarze przestrzennym, jak i czasowym - aby zaobserwować zmiany w morfologii aksonów i transporcie organelli w kilku różnych modelach zwierzęcych ALS. Wyniki badań dowodzą, że zakłócenia transportu i zwyrodnienie aksonów mogą rozwijać się niezależnie od siebie, co podważa teorię, według której zjawiska te pozostawały w związku przyczynowo-skutkowym.

Badacze obserwowali w czasie rzeczywistym aksonowy transport organelli w żywej tkance - w taki sposób, aby móc śledzić ruch poszczególnych mitochondriów - korzystając z nowej metody obrazowania obejmującej znakowanie transgeniczne. Naukowcy mogli także obserwować transport innego rodzaju organelli, pęcherzyków endosomalnych. Badano kilka różnych modeli zwierzęcych ALS, opartych na ludzkich, wiązanych z tą chorobą mutacjach.

Jeden z autorów badania, prof. Thomas Misgeld z Instytutu Neurobiologii na Technische Universitaet Muenchen, komentuje wyniki: "Jesteśmy przekonani, że odkrycie to niesie ze sobą implikacje dla innych badań ALS, a nawet badań innych chorób neurodegeneracyjnych. Nasze badania dowodzą, że nie jest łatwo stworzyć wierne modele chorób neurodegeneracyjnych. Warto więc poświęcić więcej czasu na przygotowanie lepszych modeli zwierzęcych - gdyż jest to jedyna droga rozwoju badań mechanistycznych - kontrolując je stale względem patologii człowieka lub ludzkich modeli komórkowych. Na razie najlepiej chyba pracować na kilku dostępnych modelach równolegle. W ogólniejszych kategoriach biologicznych, wyniki naszego badania przynoszą też nowe informacje na temat powiązania między transportem aksonalnym i zwyrodnieniem aksonów, które może nie być tak ścisłe, jak zakładaliśmy. Mamy jeszcze bardzo wiele do zbadania".

Celem projektu iPSoALS, w którym biorą udział naukowcy z Francji, Niemiec, Izraela i Szwecji, jest lepsze poznanie mechanizmów choroby ALS.

© Unia Europejska 1994 - 2012

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Marinkovic, P., et al. (2012) "Axonal transport deficits and degeneration can evolve independently in mouse models of amyotrophic lateral sclerosis", PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1200658109.

Międzynarodowy zespół badawczy odkrył, że zmniejszenie liczebności ryb do poziomu poniżej 33% liczebności maksymalnej negatywnie wpływa na wiele przybrzeżnych gatunków ptaków. Zaprezentowane w czasopiśmie Science wyniki badania rzucają nowe światło na zależności między drapieżnikami i ich ofiarami na całym świecie.

Pod kierunkiem Philiippe'a Cury z francuskiego Institut de recherche pour le devéloppment (IRD) naukowcy z Kanady, Francji, Namibii, Norwegii, RPA, Szwecji, Zjednoczonego Królestwa i USA przeanalizowali dane zgromadzone w trakcie łącznie niemal 450 lat obserwacji. Porównali wzrost liczebności ryb z danymi dotyczącymi rozmnażania się 14 gatunków ptactwa przybrzeżnego. Maskonury, pingwiny, mewy i głuptaki to tylko kilka przykładów gatunków żywiących się przede wszystkim sardynkami, sardelami, śledziami i krewetkami. Tymczasem te morskie stworzenia coraz częściej padają ofiarą przeławiania.

Co z tego wynika? Utrata biomasy ryb zwiększa ryzyko wyginięcia ptaków i, w konsekwencji, zniszczenia ekosystemu. Kiedy liczba ryb spada, ptaki przestają się rozmnażać. Niestety, zasada ta nie działa w przeciwnym kierunku. Nawet gdy liczebność ryb jest wyższa niż normalnie, ptaki nie rozmnażają się intensywniej. Naukowcy sugerują, że na intensywność rozmnażania wpływają inne czynniki, w tym tempo zapełniania się obszarów gniazdowania.

Według badaczy wszystkie te dane stanowią punkt odniesienia dla zrównoważonego zarządzania zasobami rybnymi, które pomogłoby chronić populacje ptaków i stan środowisk morskich.

Autorom badania udało się przeanalizować sposób, w jaki na podobnych zasadach działają ekosystemy. Mechanizmy zachowań drapieżników i ofiar były znane naukowcom, ale to badanie pomogło potwierdzić hipotezy.

Naukowcy badali gatunki ptaków w siedmiu ekosystemach położonych w różnych częściach świata. Każdy z ekosystemów badano przez okres od 15 do 40 lat. Według naukowców uzyskanie precyzyjnych informacji na temat maksymalnej liczebności ryb w danym ekosystemie zajmuje około 13 lat.

Jest to pierwsze badanie, w którym przeanalizowano tak dużą ilość danych dotyczących zależności między drapieżnikami i ich ofiarami. Kluczem do powodzenia przedsięwzięcia była współpraca specjalistów, zarówno z półkuli północnej, jak południowej.

Zdaniem naukowców przeławianie zagraża przetrwaniu drapieżników wyższego rzędu, w tym ptaków. Do tego dokłada się presja związana z działalnością człowieka. Każdego roku ludzie konsumują ok. 80 mln ton ryb. Małe ryby, jak sardynki, sardele, śledzie, stynkowate i gromadniki, używane w akwakulturze do produkcji pokarmu i olejów, stanowią niemal jedną trzecią aktualnych światowych połowów. Wyniki badania powinny umożliwić ustanowienie standardów, względem których można by mierzyć zrównoważone zarządzanie zasobami rybnymi w obliczu rosnącego globalnego zapotrzebowania. Z czasem przełożyłoby się to na zrównoważenie populacji ptaków morskich.

A jak zauważyli europejscy naukowcy, ocena stanu populacji ptaków morskich jest optymalną metodą oceny zdrowia morskich ekosystemów.

© Unia Europejska 1994 - 2012

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Cury, P. M. et al., "Global seabird response to forage fish depletion - one-third for the birds", Science, Vol. 334 no. 6063, str. 1703-1706, 2011.doi:10.1126/science.1212928

Coraz więcej internautów przeszukuje zasoby w sieci w celu uzyskania informacji na tematy związane ze zdrowiem i medycyną. Motywy, jakimi się kierują, są różne - od poszukiwania na forach i blogach informacji o rekomendowanych dostawcach usług medycznych, po uzyskanie wskazówek diagnostycznych i terapeutycznych.

Wielu ludzi wykorzystuje internet jako swoje pierwsze, a często i jedyne źródło informacji na tematy medyczne. Skalę zjawiska trudno oszacować, ale w wielu krajach, nie tylko w tych, w których dostęp do opieki medycznej pozostaje z różnych względów ograniczony, przybiera ono poważne rozmiary.

Na przykład YouTube, trzecia spośród najbardziej popularnych na świecie stron internetowych, stała się dla wielu pacjentów platformą, pozwalającą na przedstawienie innym historii własnej choroby i wymianę osobistych doświadczeń.

Tymczasem ogólnodostępne zasoby internetowe na tematy medyczne są różnej jakości, często dość marnej. Ponadto, nawet jeżeli uzyskana informacja została przygotowana przez ekspertów, to w żadnym razie nie może być przez odbiorcę traktowana na równi z fachową poradą, postawieniem diagnozy przez lekarza lub wskazaniem optymalnej w danym przypadku metody leczenia.

Dlatego lekarze i przedstawiciele instytucji zdrowia publicznego gorąco przestrzegają przed bezkrytycznym wykorzystywaniem zasobów internetu do samodiagnozy i samoleczenia. Wyniki ostatnich badań, opartych na przeglądzie zasobów internetu, zdają się potwierdzać te obawy.

Jak informuje na swoich stronach internetowych amerykański Instytut Chorób Neurologicznych i Udaru, po obejrzeniu znalezionych w serwisie YouTube filmów, mających jakoby przestawiać zaburzenia ruchowe, grupa kompetentnych lekarzy neurologów oceniła, że osoby przedstawione na materiałach filmowych często wcale nie cierpią na te zaburzenia. Tego rodzaju dezinformacja może wprowadzać w błąd osoby cierpiące z powodu poważnych chorób neurologicznych, poszukujące w sieci rzetelnej informacji i porady.

Okazuje się, że na YouTube znajduje się mnóstwo filmów, na których osoby przekonane o tym, że cierpią na zaburzenia ruchowe, takie jak choroba Parkinsona, demonstrują innym swoje symptomy i opowiadają o nich do kamery.

W związku z tym w styczniu 2011 neurologowie z University College London rozpoczęli systematyczne badania nad tym zagadnieniem. Impulsem do zajęcia się problemem były niepokojące informacje napływające od pacjentów, którzy opowiadali o filmach dostępnych online swoim lekarzom.

Siedmioro neurologów z różnych krajów i placówek medycznych przeszukało zasoby YouTube, wykorzystując sześć słów kluczowych: "dystonia", "parkinsonizm", "pląsawica", "mioklonie", "tiki" i "drżenie". W ten udało się wyszukać filmy rzekomo przedstawiające różne zaburzenia ruchowe. W dalszej części badań neurologowie skupili się na dokładniejszym zapoznaniu się z najpopularniejszymi filmami z tak zdefiniowanej kategorii (górne trzy procent), które jednocześnie były wystarczająco dobrej jakości, by na ich podstawie możliwe było rozpoznanie występujących u pacjenta objawów. Filmy były oceniane niezależnie przez każdego specjalistę. Zgodność ocen formułowanych przez lekarzy była dość wysoka i wahała się między 87 a 100%.

Spośród 29 filmów, większość (66%) została zidentyfikowana jako filmy przedstawiające zaburzenia ruchowe na podłożu psychogennym, uwarunkowane działaniem czynników psychologicznych i stanem zdrowia psychicznego, a nie stanem chorobowym o podłożu somatycznym, takim jak choroba Parkinsona. Z tych filmów więcej niż połowa zawierała porady dotyczące konkretnych form leczenia zaburzeń ruchowych.

"Pacjenci i lekarze muszą zachować ostrożność i rozwagę, decydując się na poszukiwanie informacji na YouTube czy w internecie w ogóle - podkreśla dr Mark Hallett, starszy badacz z amerykańskiego Narodowego Instytutu Chorób Neurologicznych i Udaru (NINDS). - W internecie możne znaleźć wiele informacji dobrej jakości, ale trzeba uważać".

Oprócz dr Marka Halleta w badaniach wzięli ponadto udział lekarze naukowcy z University College w Londynie (Zjednoczone Królestwo), Uniwersytetu Cincinnati (Stany Zjednoczone), Sydney Medical School (Australia), Uniwersytetu Toronckiego (Kanada) i Akademickiego Centrum Medycznego w Amsterdamie (Królestwo Niderlandów).

[tłum./oprac. C. O. Reless]

Źródło: National Institute of Neurological Disorders and Stroke

Referencje dokumentu: 'Movement Disorders on YouTube - Caveat Spectator.' New England Journal of Medicine, published online September 22, 2011, Volume 365, No. 12, pages 1160-1161.

Nowe amerykańskie badanie pokazuje zależność między stosowaniem pewnych leków wydawanych z przepisu lekarza a zwiększonym ryzykiem zgonu. Autorzy zaprezentowanego w czasopiśmie British Medical Journal (BMJ) Open badania podkreślają, jak ważne jest, by nie popaść w uzależnienie od leków nasennych używanych do zwalczania bezsenności. Naukowcy z amerykańskiego ośrodka Scripps Clinic Viterbi Family Sleep Center w Kalifornii oraz z Jackson Hole Center for Preventive Medicine w Wyoming szacują, że w 2010 r. od 6% do 10% dorosłych amerykanów stosowało leki zawierające takie środki, jak eszopiclone, temazepam, zolpidem i inne barbiturany. Według badaczy w samym roku 2010 od 320 tys. do 507 tys. zgonów w USA można powiązać z lekami nasennymi. Dane wskazują ponadto, że w niektórych częściach Europy liczby te mogą być jeszcze wyższe.

Informacje zgromadzone w ramach badania pokazują, że pacjenci przyjmujący substancje nasenne są w dużo większym stopniu narażeni na ryzyko zgonu niż osoby, którym nie przepisano takich leków. Prawdopodobieństwo zgonu jest trzykrotnie wyższe w przypadku pacjentów, którym przepisano doustne środki nasenne w ilości poniżej 18 tabletek rocznie. U pacjentów przyjmujących takie środki częściej, od 18 do 132 dawek rocznie, prawdopodobieństwo zgonu wrasta czterokrotnie, natomiast w przypadku pacjentów zażywających ponad 132 dawki rocznie - pięciokrotnie.

Naukowcy porównali wskaźniki umieralności wśród przeszło 10 500 osób przyjmujących leki nasenne z grupą 23 600 osób, które takich środków nie zażywały. Pacjentów porównywano pod względem wieku, stanu zdrowia i innych czynników. Okazało się także, że u pacjentów z grupy zażywającej największą ilość leków ryzyko zachorowania na raka wzrasta o 35%. Należy jednak podkreślić, że ryzyko to nie było większe w porównaniu z grupą kontrolną przed rozpoczęciem badania.

"Być może najbardziej zaskakujące jest to, że zwiększone ryzyko zgonu dotyczyło nawet grupy przyjmującej najmniejsze dawki środków nasennych, co oznacza, że było ono o 3,6 raza wyższe u pacjentów przyjmujących mniej niż 18 tabletek nasennych rocznie", piszą autorzy badania. "Szereg metod wykrywania błędów systematycznych, które mogłyby odpowiadać za takie wyniki badań, nie wykazało żadnych nieprawidłowości. Mimo to nasze wyniki muszą być obarczone pewnymi zakłóceniami, wynikającymi z czynników, które zostały nieodpowiednio ocenione. Z uwagi jednak na minimalny wpływ najważniejszych czynników zakłócających, uważamy, że bardzo mało prawdopodobne jest, aby czynniki takie odpowiadały za uzyskane wyniki dotyczące wysokiej śmiertelności wynikającej ze stosowania leków nasennych".

Niektórzy lekarze amerykańscy uważają, że do określenia dokładnego ryzyka zgonu związanego z zażywaniem leków nasennych potrzebne jest przeprowadzenie randomizowanej kontrolowanej próby. Autorzy wyjaśniają: "Nigdy nie przeprowadzano takiej próby, być może z przyczyn podobnych do tych, które stoją za brakiem randomizowanych badań dotyczących palenia tytoniu czy skoków bez spadochronu".

Naukowcy odkryli także, że niektórzy przyjmujący tabletki pacjenci lunatykują i spożywają jedzenie w nocy. Zdaniem badaczy, prowadzi to do złych nawyków żywieniowych i otyłości. Przyjmowanie leków nasennych może także być przyczyną depresji oraz zaburzać zdolności motoryczne i poznawcze.

© Unia Europejska 1994 - 2012

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Kripke, D. F. et al. 'Hypnotics' association with mortality or cancer: a matched cohort study', BMJ Open, 2:e000850, 2012. doi:10.1136/bmjopen-2012-000850

Naukowcy od dawna wiedzą, że jedwab pajęczy ma bardzo wiele imponujących właściwości mechanicznych, bez względu na gatunek pająka. Jak dotąd nie badano jednak właściwości mechanicznych jedwabiu pochodzącego z kokonu jajowego sieciarza jaskiniowego. Temat ten podjęła grupa badaczy z Włoch i USA, która zajęła się "europejskim pająkiem roku 2012" (wg Europejskiego Towarzystwa Arachnologicznego). Badanie zostało niedawno opublikowane na łamach czasopisma PLoS ONE.

Pod kierunkiem Laboratorium Nanomechaniki Inspirowanej Biologicznie na Politecnico di Torino naukowcy zebrali jedwabne nici pająka bezpośrednio z jaskiń na terenie Włoch. Przy pomocy skaningowego mikroskopu elektronowego z emisją polową (FESEM) naukowcy odkryli, że nici, na których zwisają kokony jajowe pająka, składają się z dużych nitek, osiągających długość do 7,5 raza większą niż pierwotna długość włókna. Sieciarz jaskiniowy wytwarza jedwab, z którego buduje kokony jajowe chroniące rozwijające się potomstwo. Naukowcy posłużyli się także maszyną do prób rozciągania, aby zmierzyć odporność włókien na zrywanie.

Większość gatunków wytwarza siedem lub osiem rodzajów jedwabiu, służących różnym celom. Na przykład, jedwab "wiodący" pozwala pająkom chwytać się powierzchni, a inne typy jedwabiu służą do tkania sieci, w które chwytane są ofiary.

Samica sieciarza jaskiniowego wytwarza kokony jajowe w kształcie łezki, które zwisają ze sklepień w ciemnych i wilgotnych częściach jaskiń. Kokony wiszą na niciach wykonanych z rurkowatego jedwabiu. Włókna pokryte są lepką substancją, która spaja je ze sobą.

Badanie wykazało, że gęsto i losowo upakowane włókna nici przytrzymującej kokon mogą po rozwinięciu mieć znaczną długość, co umożliwia ich znaczne rozciąganie.

"Kształty krzywych naprężenia, które zaobserwowaliśmy, przypominają kształt wiązek nanorurek węglowych (CNT)", piszą autorzy badania. "Kiedy wiązka zostanie pociągnięta w kierunku równoległym do jej osi, krzywe te wykazują szereg załamań, świadczących o uszkodzeniach na poziomie wiązek podrzędnych. Jak wynika z naszych danych, mamy także szereg załamań wskazujących, że uszkodzenie wiązki po osiągnięciu przez nią maksymalnego obciążenia zachodzi w wyniku pęknięcia wiązek podrzędnych. Mimo że nasze krzywe przypominały krzywe wiązek CNT, były zupełnie różne od krzywych wiązek jedwabiu wiodącego i nici kokonu jajowego.

Po porównaniu tamtych danych z naszymi widzimy, że ich naprężenie niszczące i ciągliwość są znacznie wyższe. Co zaskakujące, nasze włókna wytrzymują imponująco duże odkształcenia: niektóre nici rozciągają się o ponad 200%, osiągając wartości od 721% do 751%, których jak dotąd nie obserwowano w żadnych pojedynczych niciach pajęczych ani jedwabnych niciach podtrzymujących kokony. Tak duże rozciąganie wskazuje na istnienie potężnego mechanizmu rozwijania nici".

Prof. Nicola Pugno z Laboratorium Nanomechaniki Inspirowanej Biologicznie na Politecnico di Torino otrzymał od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) grant w wysokości 1 mln euro ze środków siódmego programu ramowego (7PR). Na początku roku rozpoczął się projekt BIHSNAM ("Biologicznie inspirowane hierarchiczne supernanomateriały"), wspierający badania związane z tymi odkryciami.

© Unia Europejska 1994 - 2012

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Lepore, E. et al., 'Evidence of the Most Stretchable Egg Sac Silk Stalk, of the European Spider of the Year Meta menardi', PLoS ONE 7(2): e30500. doi:10.1371/journal.pone.0030500

Cząsteczkowy kontener o unikatowej strukturze udało się otrzymać, wykrystalizować i zbadać w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. Agregat cząsteczek, przypominający wyglądem zwiniętego jeża, w części centralnej ma dużą lukę, którą potencjalnie można wykorzystać do transportowania innych związków, na przykład leków.

1. Grupa dr hab. Kingi Suwińskiej z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie odkryła molekularny kontener zbudowany z 12 cząsteczek kaliksarenu. Pustą przestrzeń wewnątrz kontenera będzie można w przyszłości wykorzystać do transportowania innych cząsteczek, np. leków. (Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski)

Jak zwinięty jeż - tak wygląda agregat zbudowany z dwunastu cząsteczek kaliksarenu, otrzymany i zbadany w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. Nową strukturę naukowcom udało się wykrystalizować, dzięki czemu mogli dokładnie poznać jej budowę na poziomie atomowym.

Kaliksareny to związki organiczne o cząsteczkach zbudowanych z cyklicznie ułożonych jednostek fenylowych. Najprostszym przedstawicielem grupy jest kaliksaren, składający się z czterech jednostek fenylowych połączonych w pierścień z centralną luką. Luka ta jest na tyle duża, że można wprowadzić w nią inną cząsteczkę, w całości lub częściowo, tworząc w ten sposób kompleks molekularny.

"W praktyce kaliksareny traktujemy jako molekularne odpowiedniki kielichów czy koszyczków, które mogą być użyte do transportu innych cząsteczek, na przykład leków. Nasza grupa wraz z kolegami z Institut de Biologie et Chimie des Protéines z Lionu ma międzynarodowy patent na otrzymywanie kokryształów kaliksarenów z lekami", mówi dr hab. Kinga Suwińska, prof. IChF PAN.

Wykorzystanie kaliksarenów w medycynie nie jest łatwe. Związki te zwykle rozpuszczają się tylko w rozpuszczalnikach organicznych. Z tego powodu w IChF PAN bada się modyfikowane kaliksareny, podstawione grupami sulfonowymi (-SO3H) i fosforanowymi (-PO3H2). W takiej postaci kaliksareny są przeprowadzone w formę kwasową, łatwo rozpuszczającą się w wodzie. Badania na myszach, zrealizowane dwa lata temu przez współpracującą z IChF PAN grupę naukowców z Institut de Biologie et Chimie des Protéines, wykazały, że w niskich i średnich stężeniach związki te nie są toksyczne. Ponadto same sulfonowane kaliksareny wykazują aktywność biologiczną, np. mają właściwości antywirusowe i antybakteryjne.

2. Molekularny jeż odkryty w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. Agregat o kulistej budowie składa się z 12 cząsteczek kaliksarenów. Wewnątrz cząsteczki znajduje się duża pusta przestrzeń (zaznaczona na niebiesko), którą w przyszłości będzie można użyć do transportowania innych cząsteczek, np.leków. (Źródło: IChF PAN)

Zmodyfikowane kaliksareny stają się dobrymi nośnikami leków. Ich znaczenie jest tym większe, że leki, które w postaci czystej nie rozpuszczają się w wodzie, w kompleksie z kaliksarenem mogą być w wodzie rozpuszczalne. Dodatkowo, poprzez utworzenie kompleksu z kaliksarenem, można zmienić profil bioprzyswajalności leku. Oznacza to, że leki - nie zawsze przecież obojętne dla wszystkich tkanek i organów pacjenta - będzie można w przyszłości podawać w mniejszych, bezpieczniejszych dawkach.

Dobierając odpowiedni kompleks z kaliksarenem, naukowcy potrafią zabezpieczać cząsteczki skompleksowane przed wpływem czynników zewnętrznych, np. światła lub wilgoci. Umiejętność ta ma ważne znaczenie praktyczne. W postaci czystej lek może się rozkładać na przykład w górnej części układu pokarmowego. Dzięki kaliksarenom można go zabezpieczyć, jak w kapsułce molekularnej, i w tej formie dostarczyć dokładnie tam, gdzie jego obecność będzie najbardziej pożądana.

Najnowszym odkryciem grupy zajmującej się w IChF PAN chemią supramolekularną są cząsteczki modyfikowanego kaliksarenu samoorganizujące się w agregaty o wyjątkowo złożonej i wizualnie efektownej budowie. Wszystko zaczęło się od otrzymania w jednej z reakcji nowej pochodnej kaliksarenu, która wykrystalizowała w formie regularnych kryształów.

"Związki w postaci krystalicznej są doskonałym obiektem do badań. Ich strukturę można analizować bezpośrednio, za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. To dlatego mogliśmy tak dokładnie określić, jak wygląda samoagregacja nowego kaliksarenu", wyjaśnia prof. Suwińska.

Okazuje się, że w pewnych warunkach dwanaście cząsteczek kaliksarenu samoorganizuje się w kulistą strukturę z grupami alkilokarbonylowymi skierowanymi na zewnątrz. Supramolekularna supercząsteczka, która wtedy powstaje, przypomina zwiniętego jeża.

Malownicza supercząsteczka odkryta w IChF PAN ma rozmiary około pięciu nanometrów (miliardowych części metra). Jej szczególnie ważną cechą, zwłaszcza z punktu widzenia przyszłych możliwych zastosowań, jest duża luka wewnętrzna o objętości około tysiąca angstremów sześciennych. "W skali mikroświata taka przestrzeń to naprawdę sporo. Wewnątrz może się zmieścić ponad 30 cząsteczek wody", mówi prof. Suwińska. Specyficzna budowa powoduje, że molekularny jeż z IChF PAN wydaje się być doskonałym kandydatem do transportowania innych cząsteczek.

Prof. Suwińska zastrzega, że prace prowadzone w Instytucie Chemii Fizycznej PAN mają na razie charakter poznawczy. Opracowanie metod wytwarzania takich i analogicznych cząsteczek kaliksarenów, zbadanie właściwości ich kompleksów, np. z lekami, oraz przetestowanie tych kompleksów pod względem ewentualnej toksyczności i/lub aktywności biologicznej, wymaga jeszcze długich badań prowadzonych we współpracy z innymi instytucjami naukowymi.

Powstaje Mazowiecka Dolina Zielonej Chemii - silna infrastruktura badawcza grupująca najlepsze instytucje chemiczne z Warszawy i okolic. Głównym zadaniem Doliny jest wypracowanie warunków sprzyjających dynamicznemu rozwojowi różnych dziedzin chemii i szybkiemu transferowi osiągnięć naukowych do przemysłu.

Kilkanaście naukowych instytucji chemicznych z Warszawy i Mazowsza, w tym instytuty badawcze, instytuty Polskiej Akademii Nauk oraz wyższe uczelnie, łączy siły w ramach rozproszonego inkubatora wdrożeń pod nazwą Mazowiecka Dolina Zielonej Chemii. Przedsięwzięcie, unikatowe w skali kraju, zgłoszono już do wpisania na Polską Mapę Drogową Infrastruktury Badawczej, obejmującą najważniejsze dla rozwoju państwa inicjatywy naukowe. Wczoraj przedsięwzięcie zostało zaprezentowane Adamowi Struzikowi, marszałkowi województwa mazowieckiego, i zyskało jego poparcie.

"Mazowiecka Dolina Zielonej Chemii jest odpowiedzią na inicjatywy Ministerstwa Nauki dotyczące utworzenia Polskiej Mapy Drogowej, na której brakuje projektów z dziedziny chemii, inżynierii chemicznej oraz materiałowej. To także reakcja na prośbę marszałka Struzika w sprawie zgłaszania przedsięwzięć wzbogacających Program Strategiczny Rozwoju Województwa Mazowieckiego. Dolina będzie sprzyjać zwiększeniu współpracy w procesach rozwoju innowacji i innowacyjności oraz wzrostowi internacjonalizacji przedsiębiorstw województwa, przyczyni się też do stymulacji rozwoju metropolitarnego Warszawy. Jest to jeden z nielicznych projektów jednoczących we współdziałaniu uczelnie oraz instytuty PAN-owskie i badawcze", mówi prof. dr hab. inż. Andrzej Chmielewski, dyrektor Instytutu Chemii i Techniki Jądrowej, który na spotkaniu z marszałkiem Struzikiem występował w imieniu instytutów badawczych. Przedstawicielem instytutów PAN był prof. dr hab. Robert Hołyst, dyrektor Instytutu Chemii Fizycznej PAN, a środowisko mazowieckich uczelni reprezentowali profesorowie Eugeniusz Molga i Jerzy Szawłowski z Politechniki Warszawskiej.

Mazowiecka Dolina Zielonej Chemii została zainicjowana w Warszawie przez środowisko chemików podczas czerwcowych obchodów Międzynarodowego Roku Chemii 2011. W projekt są obecnie zaangażowane: Politechnika Warszawska - Szkoła Zaawansowanych Technologii Chemicznych i Materiałowych, Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, Wydział Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej, Instytut Chemii Fizycznej PAN, Instytut Chemii Organicznej PAN, Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Instytut Chemii Przemysłowej, Instytut Farmaceutyczny i Instytut Przemysłu Organicznego.

Wszystkie jednostki założycielskie Mazowieckiej Doliny Zielonej Chemii prezentują wysoki poziom naukowy. Realizują one wiele zaawansowanych projektów, mają dobrą współpracę z przemysłem, dysponują dużą liczbą laboratoriów oraz wysokiej klasy aparaturą, mogą się też pochwalić licznymi wdrożeniami w kraju i zagranicą. Współpraca w ramach Doliny pozwoli zwiększyć efektywność wykorzystania tej bazy i zapewni krytyczną masę nauki niezbędną dla rozwoju na terenie Mazowsza firm z branży chemicznej.

W zamierzeniu inicjatorów, Mazowiecka Dolina Zielonej Chemii będzie silną strukturą badawczą, wykorzystującą potencjał instytutów badawczych, instytutów PAN i wydziałów chemicznych wyższych uczelni oraz współpracującą z biurami projektowymi i przemysłem. Dostęp do dobrze wyposażonych laboratoriów oraz pilotażowych instalacji półtechnicznych działających w ramach Doliny będzie sprzyjał rozwojowi różnych dziedzin chemii. Dolina ma również wspierać programy edukacyjne i informacyjne z zakresu chemii i nauk pokrewnych, w tym konferencje naukowe, studia doktoranckie, studia podyplomowe i staże naukowe dla studentów zagranicznych oraz publiczne prezentacje osiągnięć naukowych.

Od połowy 2011 roku województwo mazowieckie jest członkiem Stowarzyszenia Europejska Sieć Regionów Chemicznych ECRN. Obecnie zrzesza ono 21 europejskich regionów, w których przemysł chemiczny odgrywa istotną rolę. Powstająca Dolina w naturalny sposób będzie sprzyjała wzrostowi znaczenia Mazowsza na chemicznej arenie Europy.

Do najważniejszych zadań Mazowieckiej Doliny Zielonej Chemii należy zachęcanie młodych naukowców do zakładania firm w celu transferu nowych technologii chemicznych do przemysłu i na rynek. "Wszyscy jesteśmy żywotnie zainteresowani tym, żeby absolwenci, a nawet studenci, mogli bez problemów zakładać firmy typu spin-off", mówi prof. Hołyst. "Takie firmy gwarantują transfer wiedzy do przemysłu i dają zatrudnienie kreatywnym ludziom. Z czasem, po osiągnięciu masy krytycznej, jeden z nich wyrośnie na globalny koncern, który wesprze polską naukę, wciąż niedofinansowaną w porównaniu z europejskimi konkurentami. Tak się stało w Finlandii i to samo chcemy osiągnąć na Mazowszu". W ramach Doliny młode firmy spin-off będą mogły liczyć na pomoc prawną w zdobywaniu funduszy inwestycyjnych, a przedstawiciele tychże będą wiedzieć, gdzie szukać innowacyjnych pomysłów.

Jednym z pierwszych działań ku utworzeniu Mazowieckiej Doliny Zielonej Chemii jest wspólna dla zainteresowanych jednostek baza danych E-Lab z dostępnym sprzętem laboratoryjnym, powstająca w ramach grantu NOBLESSE realizowanego przez Instytut Chemii Fizycznej PAN. W następnym kroku planowane jest opracowanie bazy danych ze specjalnościami naukowymi. Dostęp do obu baz będzie dużym ułatwieniem dla młodych firm spin-off, które w początkowej fazie działalności muszą często korzystać z wyrafinowanej aparatury badawczej i konsultacji z najwyższej klasy specjalistami.

Inicjatorzy przedsięwzięcia podkreślają, że na obecnym etapie rozwoju Mazowieckiej Doliny Zielonej Chemii nie są wymagane dodatkowe źródła jej finansowania. W późniejszych fazach wysoki poziom naukowy jednostek składowych oraz współpraca z przemysłem powinny zagwarantować dochody zapewniające sprawne funkcjonowanie przedsięwzięcia.