O czym śnią pająki, jak medytacja zmniejsza ból i po co hieny krzyczą – #043

Arkadiusz 00:00

Niemal 50 lat temu pewien nastolatek nie spał przez 11 dni, dziś bada się sen małych pająków, aby dowiedzieć się czy one także śnią. Marzeniem sennym kierowców może być samonaprawialny lakier na samochodzie, a może sny staną się wkrótce rzeczywistością? Przy mikrofonie Arkadiusz Polak, zapraszam Was na kolejną podróż po naukowych nowinkach. W dzisiejszym odcinku posłuchamy też krzyków hien, sprawdzimy, czy medytacja może zmniejszyć ból oraz zerkniemy na piloty zdalnego sterowania przyklejana na skórę. Ale na początek bardzo Was proszę o udostępnianie i lajkowanie tego odcinka, jest to Wasza nieoceniona pomoc w walce z algorytmami i docieraniu do nowych słuchaczy, dzięki wielkie za każde wsparcie, które możecie mi także udzielić w serwisie Patronite. Wszystkie linki znajdziecie w opisie odcinka, który rozpoczniemy od podróży w odmętach snu.

Arkadiusz 00:54

W 1964 roku pewien amerykański nastolatek Randy Gardner postanowił zawalczyć o wpis do Księgi Rekordów Guinessa urządzając sobie maraton bezsenności pozostając przytomnym przez 11 dni. To co się działo podczas tych 264 bezsennych godzin wiemy z relacji komandora porucznika Johna Rossa z jednostki medycznej, którego zaniepokojeni rodzice nastolatka poprosili o monitorowanie jego stanu. Drażliwość i kiepski nastrój to najmniejsze problemy jakie go dopadły, poważniejszymi były halucynacje, problemy z mówieniem czy myśleniem. Nastolatek często zaczynał zdanie nie będąc w stanie go skończyć, miał trudności z nazwaniem zwykłych przedmiotów, zapominał poleceń przekazanych mu kilka sekund wcześniej, a na końcu tego eksperymentu popadł w paranoję, myśląc, że radiowy spiker chce go ośmieszyć. Inny śmiałek, Peter Tripp, pod koniec swojej bezsennej próby spotkał się z lekarzem mającym ocenić jego stan. Po 200 godzinach bez zmrużenia oka, zobaczył w nim grabarza, który przyszedł pogrzebać go żywcem i z krzykiem rzucił się do ucieczki, nie potrafiąc już odróżnić rzeczywistości od swoich urojeń. Sen jest wśród zwierząt, także u człowieka, zjawiskiem tak samo powszechnym jak i tajemniczym. To skąd się wziął sen i jaką funkcję pełni nie zostało ostatecznie wyjaśnione, wiele jest hipotez sugerujących, że dzięki spaniu oszczędzamy energię, porządkujemy pamięć lub regulujemy pracę mózgu. Za to wiemy na pewno, że sen jest niezbędny do poprawnego funkcjonowania, nie trzeba wielu dni, bo już 24 godzinny brak snu wywołuje zauważalne efekty, szybkość reakcji spada, układ immunologiczny produkuje mniej białych krwinek, za to rośnie skłonność do ryzyka i kiepski nastrój. Ale nasza wiedza o snach nieustannie rośnie, także ta o specyficznej fazie snu - REM, która swa nazwę wzięła od szybkich ruchów oczu będących charakterystycznym jej objawem. To wówczas pojawiają się marzenia senne, nasze mózgi wpadają na wyższe obroty, podobnie jak serce, a paraliż senny zapobiega wówczas przypadkowym ruchom ciała. I znów, nie wiadomo do końca czemu faza REM ma służyć, za to wiadomo, że szczury jej pozbawione umierały w ciągu kilku dni. Bo również inne zwierzęta, nie tylko ludzie, śniąc przechodzą przez różne fazy snu tak jak pszczoły miodne naprzemiennie przechodzą przez fazy czuwania z ruchem czułek i fazę snu głębokiego związaną z tworzeniem pamięci długoterminowej. Ale w przyrodzie obserwujemy znacznie bardziej zróżnicowane mechanizmy snu - ssaki morskie mogą pływać i spać jednocześnie, pozwala im na to sen jednopółkulowy podczas którego jedna półkula mózgu głęboko śpi, podczas gdy druga czuwa umożliwiając przemieszczanie się i wypatrując zagrożeń. Podobnie dzieje się podczas snu niektórych ptaków, wykorzystują one ten mechanizm w trakcie długich lotów migracyjnych. Badanie snu w warunkach naturalnych jest trudnym zadaniem co sprawia, że najczęściej warunki laboratoryjne są wykorzystywane do badania nad snem. I tam właśnie pod lupę wzięto 30 małych pajączków - pyrgunów nazielnych, które są powszechne także w Polsce, a wyróżniają się dużymi oczami i silnymi nogami umożliwiającymi im dalekie skoki. Za to w nocy zwisają na pojedynczej nici i wykazują brak aktywności co skłoniło naukowców do hipotezy, że pajączki te wówczas smacznie śpią. Tym bardziej, że ruchy nóg oraz ruch siatkówek oczu wskazywały na możliwość występowania także u nich fazy snu REM. Badanie wykazało, że odstępy czasu i czas trwania cykli snu REM u pająków są zbliżone do tych stwierdzonych u szczurów, u których średnia długość cykli REM wyniosła 86 sekund i myszy, które pomiędzy cyklami REM miały 10-15 minutowe odstępy. Zaobserwowano tez krótkie momenty przebudzenia, podczas których pająki poprawiały linę, na której zwisały czy wykonywały ruchy czyszczące, a następnie znów zapadały w sen. Badania nad fazą REM snu to wciąż więcej pytań niż odpowiedzi, nie wiemy jak powszechny jest sen REM i w jakim celu może on służyć zwierzętom. Ale skoro badanie przyniosło dowody na istnienie u stawonoga stanu przypominającego fazę REM snu, tak podobnego do fazy REM człowieka, to czy te małe pajączki śnią o czymś? Cóż, porównania między tak odległymi gatunkami mogą przynieść ważne pytania i odpowiedzi dotyczące mózgu wzrokowego, pochodzenia, ewolucji i funkcji snu REM, ale raczej ciężko sobie wyobrazić, aby pająki śniły o spadaniu czy ucieczce przed różowo-zieloną krówką z błękitnym pyszczkiem po łące pełnej truskawkowych lizaków.

Arkadiusz 05:24

Zapewne przed takimi właśnie wytworami wyobraźni uciekają ludzie na parkingach pod marketami i w wyniku tych ucieczek rysują swoimi sklepowymi wózkami samochody innych klientów. Zresztą wystarczy chwila nieuwagi przy wysiadaniu i już gotowe rysy na lakierze sąsiada. Małe kamyczki strzelające spod opon samochodu prosto w jego karoserię też nie pomagają w utrzymaniu odpowiedniej powłoki zabezpieczającej metal przed korozją. A Ci którzy samochodu nie posiadają, rys się nie ustrzegą choćby na swoim telefonie, znów cały dzień noszonym w kieszeni z kluczami. Trwałość powierzchni lakierowanych jest niezmiernie ważna w samochodach, która mają wszak służyć długie lata. Do tego lakier powinien być bezbarwny, aby widoczny był kolor auta. Trudno jednak o produkt, który łączy te wszystkie cechy. Nauka znalazła sposób na samo regenerację za pomocą barwników foto termicznych, które pochłaniają światło i zamieniają go w ciepło. Po oświetleniu, barwniki nagrzewają się, a struktura polimerowa powłoki oddziela się i rekombinuje, wymazując skazy na powierzchni. Problemem stosowania samoregenerujących się powłok jest to, że te oparte na materiałach syntetycznych nie są przezroczyste i wymagają dużej ilości światła, aby proces samoleczenia mógł się w ogóle rozpocząć. Naukowcy z Korea Research Institute of Chemical Technology postanowili pokonać te ograniczenia, testując nowy bezbarwny lakier oparty na przezroczystych barwnikach organicznych. Do istniejącej już na rynku żywicy, zespół badawczy dodał dynamiczne wiązanie chemiczne, które może powtarzać rozkład struktury polimeru, a następnie zmieszał je z przezroczystym barwnikiem foto termicznym, który absorbuje światło w bliskiej podczerwieni, stanowiące mniej niż 10 procent południowego światła słonecznego. Następnie samochód pokryty taką warstwą został wystawiony na światło słoneczne o temperaturze około 70°C. Jak szybko nastąpił proces regeneracji? Po zaledwie 30 sekundach powłoka rozpoczęła proces regeneracji osiągając 100% skuteczność - wszystkie rysy zostały usunięte. Tym bardziej, że cały proces jest tani i nie wymaga dodatkowych urządzeń do nakładania takich powłok, które mają również 95% przejrzystość, co umożliwia ich zastosowanie w przemyśle. Pomysłów na użycie takich samoleczących się powłok nie brakuje, od wspomnianych samochodów, przez smartphony, aż po zewnętrzne powierzchnie domów, wystawionych na uszkodzenia z powodu warunków atmosferycznych. Do tego lakier oparty jest o składniki organiczne, a do uaktywnienia samo regeneracji nie wymaga ogrzewania całego elementu, wystarczy punktowe działanie światła, aby proces się rozpoczął. Oszczędza to zatem energię, a jeśli produkt się rozpowszechni to ograniczyć on może również wykorzystywanie szkodliwych rozpuszczalników, które są używane w dużych ilościach podczas przemalowywania pojazdów.

Arkadiusz 08:13

W dużych ilościach używamy też na co dzień dźwięków i tak samo jest w świecie zwierząt. Nawet funkcje wydawanych dźwięków są często podobne, zwierzęta też chcą rozróżnić poszczególne osobniki nie tylko aby komunikować się wewnątrz grupy, ale również, aby rozróżnić swojego kolegę od konkurenta z innego stada. Co więcej ten, który słucha musi prawidłowo identyfikować dźwięki jako dla niego istotne bądź nie, aby następnie dostosować swoje zachowanie. Kiedy ważna jest identyfikacja pojedynczego osobnika najważniejsze wydają się być sygnały indywidualne. Specyficzne gwizdanie delfinów to przykład dźwięku charakterystycznego dla konkretnego osobnika i niezmiennego przez dziesięciolecia, co pozwala na utrzymywanie skomplikowanych relacji społecznych między tymi sympatycznymi ssakami. Ale tu pojawia się problem, bo co dzieje się, gdy osobników w grupie przybywa, a wraz z nimi przybywa ilość indywidualnych sygnałów dźwiękowych? Spodziewać się można, że obok tych osobistych dźwięków, u zwierząt wykształci się jakiegoś rodzaju dźwięk grupowy, który wyemitowany określać będzie nie tyle pojedyncze zwierzę, co bardziej stado, do której ono należy. Pojawia się jednak dodatkowe utrudnienie - odległość, która dla człowieka problemem nie jest ze względu na osiągnięcia technologiczne. Gdy stado zwierząt się powiększa zajmuje coraz większy obszar, wywoływanie się czy to całych grup czy pojedynczych osobników natrafia tu na szumy czy zakłócenia pochodzące ze środowiska, a musi być na tyle skuteczne, aby umożliwiać identyfikację. W nowym badaniu amerykańscy naukowcy postanowili przyjrzeć się hienom plamistym i sprawdzić czy w swoich długodystansowych wokalizacjach mają one sygnaturę indywidualną, grupową, nie mają żadnej z nich, czy też może mają obie. Hieny wydają się być idealne do badań nad dźwiękami, wydając z siebie charakterystyczny chichot. Te duże drapieżniki żyją w sporych stadach mogących liczyć nawet 125 osobników. Klany hien są mocno zorganizowane, wyraźnie zaznaczona jest hierarchia w stadzie, która określa pierwszeństwo w dostępie do jedzenia, wody czy rozmnażania. A skoro tak, to relacje między członkami klanu zmieniają się w zależności od rangi, płci, wieku i pokrewieństwa. W takim sposobie funkcjonowania grupy ważne są zatem indywidualne dźwiękowe sygnały rozpoznawcze, aby nie pogubić się kto jest kto. Wewnątrz klanu często dochodzi też do tworzenia się mniejszych grup, hieny zmieniają przynależność do nich często, więc przydałyby się także dźwięki identyfikujące aktualną grupę, ułatwiając w ten sposób koordynację działań dużej liczby członków klanu oraz wykrywanie intruzów na terytorium. Tym bardziej, że jeden duży klan hien może się rozproszyć na sporym obszarze sięgającym 76km2, dlatego też hieny obok swojego chichotu potrafią tez głośno krzyczeć, na tyle głośno, że słychać je z odległości nawet 5 km. Najczęściej swoje nawoływania powtarzają w cyklach od 2 do 34 okrzyków, a każdy okrzyk jest harmonicznym, modulowanym i tonalnym zawołaniem przenoszącym informacje o wieku, płci, lokalizacji, stanie emocjonalnym i tożsamości osobnika. Nagrania tych nawoływań uzyskano od hien z czterech klanów monitorowanych w ramach projektu Mara Hyena Project w Rezerwacie Narodowym Maasai Mara w Kenii. Nagrywano je mikrofonami z samochodów terenowych, ale dla pięciu dorosłych samic wykonano specjalne obroże, które rejestrowały nie tylko ich pozycję i ruch, ale także nagrywały wydawane dźwięki. W późniejszej analizie kluczową rolę odegrały algorytmy uczenia maszynowego, dzięki którym potwierdzono, że wiele cech sygnałów hien ułatwia rozróżnianie poszczególnych osobników, ale nie ma dowodów na istnienie sygnatury na poziomie grupy. Istnieje kilka hipotez, dlaczego zwierzętom nie jest potrzebny taki grupowy identyfikator. Wiemy, że ludzie potrafią dokładnie rozróżnić wiele osób na podstawie samego głosu, dzieje się tak też w przypadku niektórych zwierząt. Na przykład słonie afrykańskie potrafią tylko na podstawie dźwięku rozróżnić ponad 100 osobników swojego gatunku, podobnie hieny wyraźnie mają zdolność do rozpoznawania i zapamiętywania kolegów z klanu jako jednostek. Być może rozwój identyfikatora grupowego jest z biologicznego punktu widzenia bardziej kosztowny niż pamięć potrzebna do rozpoznania 125 głosów w stadzie. Dodatkowo częsta zmiana grupy wymuszała by na zwierzętach nauki nowego grupowego identyfikatora, a taka cecha, jak twierdzą inne badania, jest stosunkowo rzadka u zwierząt. Aby rozwiązać problem komunikowania tożsamości osobników na rozległych terytoriach, hieny plamiste ewoluowały w kierunku kodowania informacji o tożsamości w tych cechach wydawanego dźwięku, które są szczególnie odporne na rozprzestrzenianie na duże odległości. Co więcej poza rozróżnianiem poszczególnych hien, częstotliwość dźwięku może ułatwiać hienom lokalizację osobnika krzyczącego. Wysokie częstotliwości pozwalają odbiorcy dźwięku na stwierdzenie odległości rozmówcy od niego, natomiast niskie częstotliwości umożliwiają dotarcie rozmowy do jak największej liczby słuchaczy. A dlaczego hieny powtarzają swoje okrzyki w seriach? Zwierzęta te nie mogą przewidzieć, w jaki sposób sygnały ulegają deformacji w trakcie nawoływania albo czy osobnik słuchający ich okrzyków ma akurat komfortowe warunki do odsłuchu. Dodatkowe powtórzenia zwiększają zatem szansę, że sygnał zostanie wykryty i poprawnie odczytany. Badania takie znakomicie pokazują jak ważny jest dźwięk w codziennym funkcjonowaniu zwierząt, ale też w jaki sposób zwierzęta radzą sobie z ograniczeniami w jego emisji, które człowiek wyeliminował dzięki postępowi technologicznemu.

Arkadiusz 13:48

Postępowi, który niewątpliwie uczynił nasze życia wygodniejszymi niż kiedykolwiek w historii. Wraz z rosnącym dostępem do coraz szybszego Internetu, rośnie tez liczba urządzeń jakimi posługujemy się na co dzień. Bez telefonu jak bez ręki, ale pomyślcie o masie innych urządzeń, wykonujących Wasze polecenia. Lodówki zamawiające jedzenie, samojezdne odkurzacze, samogotujące garnki czy żarówka podłączona do domowej sieci Wi-Fi, każde z tych urządzeń wykonuje jakąś zadaną mu pracę. Ale aby do tego doszło potrzebny jest system sterowania takim urządzeniem, który powinien być prosty i intuicyjny dla każdego użytkownika. Nic dziwnego zatem, że globalny rynek interfejsów człowiek-maszyna rośnie o 10% rocznie, poszukiwane są coraz to nowsze rozwiązania, aby pokonać ograniczenia związane z trwałością i odpornością takich urządzeń, a także z potrzebą ich zasilania. Pilot do telewizora jest urządzeniem dużym, nieporęcznym, zasilanym bateriami, które trzeba wymieniać i do tego każdy producent ma swoją koncepcję na układ przycisków. No i spróbuj takiego pilota zalać kawą, kończy się to często wycieczką do sklepu po nowy moduł sterujący, bo ciężko sobie dziś wyobrazić sterowanie przyciskami na telewizorze. Ot, wygoda. Naukowcy z kalifornijskiego uniwersytetu postanowili skonstruować sterownik nowej generacji, o wymiarach 4 x 4 cm, który można by przykleić bezpośrednio na skórze. Urządzenie, które skonstruowali i przetestowali jest rozciągliwe, niedrogie i wodoodporne, ponieważ pole magnetyczne przenika przez wodę nie tracąc na sile. Składa się ono z miękkiej i podatnej na odkształcenia magnetoelastycznej matrycy z czujnikami, która przetwarza sygnał biologiczny, czyli dotyk w postaci naciśnięcia palca na sygnał elektryczny. Pierwsza warstwa przekłada ruch mechaniczny na impuls magnetyczny, dzięki temu możliwe jest przekształcenie delikatnego nacisku palca na zmianę pola magnetycznego. Druga warstwa zbudowana jest z cewek, które reagują na zmiany pola magnetycznego i generują prąd dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Sprawdzając wyniki swojej pracy naukowcy potwierdzili praktyczne zastosowania - miękki magnetoelastyczny układ czujników może bezprzewodowo włączać i wyłączać lampę oraz sterować głośnikiem muzycznym przez Bluetooth w czasie rzeczywistym, nawet wtedy, gdy skóra jest zalana potem lub sterowanie odbywało się spod prysznica. A co z bateriami? Po prostu ich nie ma. Moc wymagana do uruchomienia tego sprytnego pilota pochodzi z ruchów osoby noszącej go, interfejs jest dzięki temu bardziej przyjazny dla środowiska i mniej kosztowny. Autorzy pracy nie precyzują, kiedy ich wynalazek wejdzie do użytku komercyjnego, ale praca ta demonstruje możliwe praktyczne zastosowania samo zasilającej się technologii bioelektronicznej, która umożliwia prostszą i skuteczniejszą komunikację między człowiekiem, a maszyną.

Arkadiusz 16:39

A dzięki poprawnej komunikacji pewnych części naszego ciała możemy odczuwać ból, bez którego nasze życie byłoby szalenie niebezpieczne i szybko kończyło by się zgonem. Ból jest bowiem informacją o zagrożeniu, którą ciężko zignorować lub pomylić, choć samo uczucie bólu może być różne, mózg używa różnych ścieżek sygnalizacji bólu w zależności od rodzaju uszkodzenia. Zarówno brak bólu jak i jego nadmiar to poważny problem. Medycyna stosuje różne środki przeciwbólowe i przeciwzapalne, miejscowe i narkotyczne, a każdy z nich działa w inny sposób na inną drogę jaką ból pokonuje abyśmy go odczuli. O tym jak faktycznie leki przeciwbólowe zabijają ból i czym się od siebie różnią, przeczytacie już jutro w tłumaczeniu artykułu Rebecci Seal i Benedicta Altera, który dostępny będzie na stronie Naukowo.net, zapraszam serdecznie. A dziś zajmiemy się niefarmakologicznym sposobem uśmierzania bólu, jakim jest medytacja. Od tysięcy lat jest ona używana do łagodzenia bólu, jednak mechanizmy zachodzące w mózgu, które wspierają zmniejszanie poziomów bólu nie są znane. Naukowcy z Uniwersytetu w San Diego postanowili sprawdzić eksperymentalnie jak to z tą medytacją jest. W tym celu zaproszono 40 uczestników do badania, którzy pierwszego dnia zostali poddani badaniu za pomocą rezonansu magnetycznego. Podczas badania ich prawa łydka była podgrzewana ciepłem o różnej intensywności, aby mogli ocenić swoje standardowe poziomy bólu. Następnie ochotnicy zostali podzieleni na dwie grupy. Pierwsza z nich przeszła przez cztery, 20 minutowe sesje treningowe medytacji podczas których nauczono ich koncentrowaniu się na oddechu oraz poproszono ich, aby nie analizowali i skupiali się na myślach, uczuciach czy wrażeniach. Uczestnicy z drugiej grupy kontrolnej podczas sesji treningowych nie robili nic poza słuchaniem audiobooka. W ostatnim dniu eksperymentu, w obu grupach ponownie zmierzono aktywność mózgu, ale uczestnicy grupy pierwszej zostali poinstruowani, by medytować podczas bolesnego gorąca, które skierowane było na ich prawą łydkę z temperaturą 49°C. Druga grupa kontrolna przechodziła ten proces po prostu z zamkniętymi oczami. Uczestnicy, którzy aktywnie medytowali, zgłosili intensywność bólu mniejszą o 32% i 33% redukcję odczuwania nieprzyjemnego charakteru bólu. Wyniki te potwierdzają skany rezonansów magnetycznych, ponieważ ulga w bólu wywołana przez medytację była związana ze zmniejszoną synchronizacją między wzgórzem, czyli obszarem mózgu, który przekazuje informacje pochodzące od naszych zmysłów do reszty mózgu, a częściami sieci trybu domyślnego, czyli obszarami mózgu które pracują wtedy, gdy ktoś błądzi myślami lub przetwarza własne myśli i uczucia. Jednym z regionów trybu domyślnego jest przedklinek, obszar mózgu zaangażowany w podstawowe cechy samoświadomości, który przestaje działać, gdy człowiek traci przytomność. Innym obszarem w tej części mózgu jest brzuszna kora przedczołowa, obejmująca kilka podregionów, które współpracują ze sobą w celu przetwarzania sposobu, w jaki odnosisz się do swoich doświadczeń lub nadajesz im wartość. Im bardziej te obszary były odłączone lub dezaktywowane, tym większą ulgę w bólu zgłaszał uczestnik. Proponowane wyjaśnienie opiera się na mechanizmie, w którym sygnały generowane przez ból wprawdzie nadal przechodzą z ciała do mózgu, ale ponieważ medytująca osoba zwraca mniejszą uwagę na te odczucia, doświadcza mniejszego bólu i cierpienia. Metoda nie oparta na lekach, za to darmowa i możliwa do praktykowania w każdym miejscu byłaby nie lada rewolucją dla osób zmagających się z przewlekłym bólem. I to w tym kierunku na pewno będą podążać dalsze badania nad medytacją i jej potencjałem klinicznym.

Arkadiusz 20:20

Ja za to będę podążał ścieżkami wydeptanymi przez naukę, mam nadzieję, że wybierzecie się ze mną na kolejny spacer już w najbliższą sobotę. Tymczasem dziękuję za dzisiejszą podróż, trzymajcie się ciepło, do usłyszenia.