Imagistica fotoacustică. Aplicații medicale

Imagistica fotoacustică, o tehnologie avansată care combină undele sonore de înaltă frecvență cu lumina laser - le oferă cercetătorilor și medicilor un nou mod de a vizualiza țesutul viu.

Imagine obținută prin imagistică fotoacustică a vaselor de sânge dintr-o palmă. Culoare arată adâncimea vaselor de sânge.
Matsumoto et al. (2018) Scientific Reports, CC BY 4.0

Expresia "a vedea înseamnă a crede" este uneori la fel de adevărată în știință ca și în alte domenii ale vieții. Imaginile științifice deschid perspective ascunse care sunt invizibile ochiului liber din lumea microscopică a celulelor, moleculelor și chiar și a atomilor până la cele mai îndepărtate galaxii. Multe dintre aceste imagini sunt create folosind sisteme care se bazează pe fascicule de lumină. Dar în biologie și medicină astfel de sisteme au unele dezavantaje: lumina nu poate pătrunde prea departe în țesutul biologic fără a fi împrăștiată, imaginile rezultate fiind neclare. Deși razele X pot pătrunde mai adânc, ele sunt dăunătoare celulelor, deci utilizarea lor trebuie redusă la minim.

După o primă greşeală aproape sigur urmează alta!

Un studiu efectuat de cercetători americani de la Universitatea Mason arată că atunci când efectuăm o greşeală creierul se „stinge” momentan, ceea ce are drept efect creşterea probabilităţii de a efectua o nouă greşeală imediat după prima.

Cine nu a greşit niciodată? Mulţi greşim destul de des, dar de cele mai multe ori fără consecinţe dramatice. Parte din greşeli ne fac să zâmbim. Totuşi, în anumite zile pare că greşelile se ţin scai de noi şi nu putem scăpa de ele. Facem practic o greşeală după alta! De multe ori dăm vina pe oboseala, pe stres sau pur şi simplu pe cei pe care îi avem lângă noi, nu-i aşa? Se pare însă că vina este a... creierului nostru şi a modului în care acesta funcţionează, mai ales atunci când am făcut o primă greşeală, fie ea cât de mică.

Din greşeli trebuie să învăţăm, acest lucru ni se spune încă din copilărie şi îl spunem, la rândul nostru, copiilor noştri. Este exact ceea ce face creierul – analizează şi învaţă din greşeli. Totuşi, creierul nu este un calculator, iar atunci când suntem ”inundaţi” cu un flux mare de informaţii şi trebuie să luăm decizii rapide se poate întâmpla să greşim. După prima greşeală însă creierul intră într-o stare „offline”, ceea ce creşte probabilitatea de a efectua alte greşeli.

Câmpul magnetic pe înţelesul tuturor

Cum ar trebui să definim câmpul magnetic? Atunci când două obiecte se atrag reciproc (prin intermediul forţei gravitaţionale), energia lor gravitaţională depinde doar de distanţa dintre ele; pare că are sens să utilizăm săgeţi prin care să spunem: "în această direcţie forţa gravitaţională devine din ce în ce mai slabă". Această idee se poate aplica şi în cazul câmpului electric.

Dar ce se întâmplă atunci când două particule se atrag magnetic? Interacţiunea dintre ele nu depinde doar de distanţă, ci şi de mişcarea lor.

Exagerăm adesea în estimarea impactului emoţional al unor evenimente asupra noatră. Suntem mult mai rezistenţi decât credem

Natura vieţii umane presupune nenumărate momente în care facem predicţii despre cum ne vom simţi în anumite circumstanţe. Cât de fericiţi vom fi dacă vom lua bacalaureatul, dacă intrăm la facultatea dorită, dacă vom obţine slujba dorită ori dacă vom câştiga la loto? Cât de nefericiţi vom fi dacă vom divorţa ori dacă vacanţa planificată cu grijă vreme de mai  multe luni se va dovedi un eşec?

Oamenii, în genere, au mari dificultăţi în a prezice intensitatea şi durata emoţiilor lor viitoare. Iar uneori chiar şi natura emoţiilor. De exemplu, întrebate cum ar reacţiona dacă pe timpul unui interviu de angajare ar primi întrebări ce ar reprezenta hărţuire sexuală, majoritatea femeilor din studiu au spus că vor simţi mânie. Când au fost puse în această situaţie, în fapt au realizat că au simţit frică.

Mişcarea şi repausul. Cum poţi spune dacă un corp se mişcă sau nu?

Aparent problema este simplă, dar cu certitudine mulţi dintre noi avem probleme în a şti să explicăm care e diferenţa fundamentală dintre mişcare şi repaus. Iată un exemplu: să ne imaginăm că aţi fi în spaţiul interstelar într-un vehicul spaţial. V-aţi trezit după o somn odihnitor şi nu ştiţi dacă nava spaţială în care vă aflaţi se află în mişcare către punctul final al călătorie ori este oprită. Vă uitaţi pe geam şi vedeţi în faţa voastră un asteroid care stă nemişcat în faţa geamului. Este asteroidul în mişcare ori este în stare de repaus? Cum puteţi răspunde la această întrebare?

Pentru a complica lucrurile putem întreba: cum puteţi şti dacă nava în care vă aflaţi este în mişcare ori în stare de repaus? Puteţi face diferenţa între starea de repaus şi o deplasare rectilinie uniformă (adică în linie dreaptă şi fără modificări ale vitezei)? Este imposibil. În spaţiul interstelar nu există nimic în jur la care la care să vă raportaţi pentru a detecta starea: doar spaţiu gol, iar acest spaţiu nu reprezintă un sistem de referinţă la care să vă raportaţi. Dar şi dacă ar fi, să spunem, o planetă, pe lângă care treceţi, cum puteţi spune cine se mişcă, voi sau planeta?

Şi atunci? Care e diferenţa dintre mişcare şi repaus? Pentru a stabili starea de repaus sau de mişcare a unui corp - trebuie să precizăm un reper, un sistem de referinţă la care ne raportăm.

• fizica-clasa-a-VI-a

Ştiinţa din spatele epilării cu laser. Cât de sigură este procedura şi cât de eficientă? De ce rezultatele depind de culoarea pielii şi tipul de laser folosit

Părul nedorit facial şi de pe corp afectează modul în care ne simţim, interacţiunile noastre sociale, ce purtăm şi ce facem. Opţiuni pentru a camufla ori a înlătura părul există: smulgerea părului, rasul, albirea, utilizarea de creme şi epilarea cu dispozitive ce smulg simultan mai multe fire. Opţiuni cu efecte pe durată lungă sunt: electroliza, care presupune utilizarea curentului electric pentru a distruge foliculii firelor de păr, şi terapia cu laser.

De la modificarea genelor la apariţia de noi specii. Cum apar noi specii? De ce găina este înrudită cu Tyrannosaurus rex

Un schelet-fosilă complet al unei specii dispărute, dinozaurul Triceratops. Oamenii de ştiinţă folosesc atât dovezi fosile, cat şi ADN-ul pentru a urmări evoluţia speciilor dispărute. Barks/Shutterstock.com

Cum apar speciile noi şi cum apar tipuri complet noi de organisme? Timpul şi separarea sunt factorii cheie.

Mai întotdeauna când oamenii se gândesc la evoluţie, ei se gândesc la ideea lui Charles Darwin privind selecţia naturală, unde un tip de organism evoluează într-un fel foarte diferit, pe perioade lungi de timp: cum ar fi transformarea peştilor în animalele terestre sau a primatelor timpurii în oameni. Însă pentru oamenii de ştiinţă evoluţia înseamnă ceva mai subtil: o schimbare în frecvenţa variantelor genetice (secvenţe de ADN care variază între indivizi) în cadrul unei populaţii. Şi – în contrast cu ideea populară a evoluţiei – astfel de schimbări sunt determinate de mulţi factori, nu doar de selecţia naturală: mutaţiile, migraţia şi întâmplarea sunt toate mecanisme de modificare evolutivă.

Încălzirea globală nu ţine doar de arderea de combustibili fosili. 10 aspecte esenţiale care afectează clima

Temperaturile pe Terra pe 13 iulie 2019 (grade Celsius)

Activitățile umane influențează clima la scară globală, dar există o serie de mecanisme interconectate care joacă un rol important în evoluția climei.

Nu e nicio îndoială că au fost modificări majore ale climei pe Terra, chiar înainte de apariția speciei umane. În cei 4,6 miliarde de ani de la formare, Terra a cunoscut diverse extreme, de la perioade când suprafața terestră era aproape complet acoperită cu gheață, la perioade când Oceanul Arctic a atins temperaturi de 23 ^oC.

• incalzire-globala

Cum au fost descoperiţi „centrii plăcerii”

Descoperirea „centrilor plăcerii” reprezintă una dintre cele mai faimoase descoperiri corelate cu cercetarea efectelor stimulării cerebrale. Descoperirea a fost întâmplătoare. James Olds, care lucra cu Peter Milner, a introdus un electrod în creierul unui șobolan, țintind sistemul reticular. Electrodul s-a îndoit, ajungând într-o zonă diferită, probabil lângă hipotalamus.

Un șobolan cu un electron în „centrul plăcerii” acționează o bară pentru a primi stimulare cerebrală

Terenul haotic de pe Marte

Zona Aurorae Chaos
Credit imagine: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Peisajul denivelat, crăpat și variat văzut în această imagine realizată de Mars Express (prima sondă spațială europeană trimisă spre planeta Marte) formează un tip de teren ce nu poate fi găsit pe Pământ: teren haotic. Zona din imagine, numită Aurorae Chaos, este localizată în vechea regiune ecuatorială a planetei Marte, Margaritifer Terra. Terenul are multiple cratere, având particularități deosebite - multe despre care se crede că ar avea legătură cu prezența în trecut a apei.

Efectele stimulării cerebrale prin intermediul curentului electric

Așa cum psihologii pot învăța despre relația dintre creier și comportament observând consecințele leziunilor cerebrale, aceștia pot învăța și din studierea stimulării cerebrale. Cel mai comun efect, dacă e vreun efect, constă într-o afectarea locală a activității creierului. În unele cazuri însă, aplicarea unui curent electric slab va genera o construcție mentală.

Teoria relativității are nevoie de magnetism!

Magnetismul este o interacțiune între sarcini în mișcare. Dar cum poate fi astfel? Teoria relativității ne spune că mișcarea este o chestiune de opinie. Privește imaginile de mai jos (figura 1). Culoarea diferită a particulelor indică existența unor sarcini diferite. Observatorul din imaginea 1/2 vede două particule care se deplasează prin spațiu una lângă alta, așadar care vor interacționa din punct de vedere electric (pentru că sunt încărcate electric) și din punct de vedere magnetic (pentru că sunt sarcini în mișcare).

Un observator vede un câmp electric, pe când alt observator vede atât un câmp electric, cât și un câmp magnetic.

Copacii se rup la o viteză fixă a vântului, indiferent de grosime, vârstă ori specie

Conform unui studiu realizat de către cercetători francezi de la Ecole Polytechnique, publicat în Physical Review Letters, în timpul furtunilor, există o viteză critică a vântului, de circa 42 m/s, la care trunchiurile copacilor se rup, indiferent de grosime, vârstă ori specie. Până acum, deşi se cunoştea că în condiţii de vânt trunchiurile copacilor se rup în anumite zone, nu era clar dacă ruperea este corelată cu o anumită viteză a vântului.

Cum funcționează anestezia? De ce xenonul este anestezicul perfect

În general se spune că date fiind nenumăratele efecte asupra creierului, modul în care medicamentele anestezice funcționează la nivel molecular este un mister. Dimpotrivă! Ca cercetător pentru o lungă perioadă în domeniul farmacologiei, cred că există un număr suficient de date care să arate că nu este chiar atât de misterios. Mai întâi, câteva informații - și o mică lecție de istorie - despre anestezice.

Moartea unei stele...

Priviţi imaginea de mai sus. Ce vă spune? Ce înţelegeţi din ea, dincolo de plăcerea estetică a contemplării? În parte, ceea ce vedeţi este o operă de artă (cum sunt multe dintre imaginile cosmice), rezultatul măiestriei "graficienilor spaţiali", cei care lucrează pentru a asambla semnalele captate de către telescoape şi transformarea acestora în imaginile pe care le vedem afişate pe site-urile agenţiilor spaţiale ale lumii.

Dar astronomii nu doar fotografiază cerul, ci interpretează ceea ce văd şi acumulează continuu cunoaştere din ceea ce observă.

Scurtă istorie a începuturilor universului nostru...

Universul, imediat după Big Bang, era un loc... aglomerat. Au apărut particulele elementare, cum ar fi quarcurile (care formează protonii şi neutronii din nucleul atomilor) ori electronii. Protonii şi neutronii au format primele nuclee, pregătind terenul pentru primele elemente. Cum ştim toate acestea? Prin munca cercetătorilor în domeniul fizicii. Aceştia au creat ipoteze şi teorii privind evoluţia universului şi au efectuat experimente pentru a testa şi valida aceste teorii (folosind acceleratoare de particule, telescoape din ce în ce mai performante şi sateliţi). Ca urmare, avem astăzi o idee destul de solidă cu privire la ce s-a întâmplat imediat după naşterea universului. Iată povestea pe scurt...

Mărimea fizică - pe înţelesul tuturor

Iată câteva exemple de mărimi fizice: lungimea (unui corp), viteza (de deplasare a unui corp), greutatea (unui corp), volumul ori densitatea.

O mărime fizică este o proprietare măsurabilă a unui corp. Acest concept este foarte important în lumea reală. Iată un exemplu. Poţi măsura temperatura unui corp (cum ar fi atunci când eşti bolnav), dar nu poţi măsura „dezechilibrul energetic” (concept din pseudo-medicină cu care operează anumite domenii din medicina alternativă). Când ţi se va spune, de exemplu, că un mic magnet care se vinde la tarabă are proprietăţi tămăduitoare, poţi întreba: ce anume se măsoară pentru a observa aceste proprietăţi? Ceea nu este măsurabil nu poate fi evaluat!

• fizica-clasa-a-VI-a

Cum se construiesc şi menţin în stare optimă cele mai mari telescoape din lume

Interpretare artistică a Telescopului Extrem de Mare (ELT). După finalizare, în 2024, domul va fi la fel de mare decât un stadion de fotbal.
ESO/L Calçada/ACe Consortium

Vreme de sute de ani, telescoapele au ajutat astronomii să descopere misterele universului. Însă ce implică astăzi realizarea unor asemenea instrumente complexe şi ce presupune menţinerea lor în funcţionare optimă? Cine a făcut primele observaţii astronomice folosind un telescop? Cine a construit şi a folosit primul telescop cu reflexie? De ce este folosită sticla pentru confecţionarea oglinzilor din telescoapele astronomice mari? Cum se pot construi telescoape cu oglinzi mai mari de 8 metri în diametru?

Cum funcţionează (şi cum să contruim) un difuzor

Prin construirea unei versiuni proprii de difuzor audio, aflăm despre forme de undă și despre fizica sunetului.
credit: mtmmonline/pixabay.com, CC0 

Oamenii au făcut muzică încă din timpuri preistorice: de la bătăile ritmice executate de strămoșii noștri cu ajutorul bastoanelor sau al pietrelor, până la crearea simfoniilor complexe din ultimele secole. Astăzi putem asculta muzică oricând și oriunde, şi aceasta grație difuzoarelor din smartphone-uri sau din player-ele MP3. Dar câţi înțeleg cum funcționează difuzoarele?

Articolul de faţă descrie funcţionarea unui difuzor audio şi oferă instrucţiuni privind construirea unui difuzor folosind materiale simple.

Noi tehnici arată cum îşi controlează forma celulele. Modificările formei pot fi un indicator privind apariţia bolilor

Sânge uman, prezentând celule roșii biconcave, celule T (portocaliu) și trombocite (verde).
Credit: ZEISS Microscopy/Flickr, CC BY-NC-ND 2.0 

Miliarde de ani de evoluție au dat organismelor vii o diversitate uimitoare de aspecte și de forme, de la neregularitatea amorfă a animalelor simple, cum ar fi spongii, până la formele sculptate și simetrice ale unor creaturi mai complexe, cum ar fi omul. Dar nu numai corpurile organismelor au o varietate mare de forme, ci și celulele care le constituie.

De obicei formele celulelor sunt legate de funcția lor. De exemplu, neuronii din creierul nostru au ramuri stelate pentru a se conecta cu alți neuroni, iar celulele roșii din sânge au forma unor discuri biconcave pentru a-şi maximiza capacitatea de a transporta oxigen, permițându-le totodată să se strecoare şi prin cele mai înguste vase de sânge. Prin contrast, macrofagele (un tip de celule albe din sânge) s-au adaptat altfel, forma lor de amibă ajutându-le să înghită corpuri străine.