مهمترین دستاوردهای علمی و پزشکی سال ۲۰۱۴

روزتا

کاوشگر فیله بر روی دنباله‌دار ۶۷پی/چوریوموف-گراسیمنکو

ده سال کار و انتظار برای نشاندن یک کاوشگر در فاصله ۴۸۰ میلیون کیلومتری بر روی دنباله‌داری که فقط چهار کیلومتر عرض دارد و با سرعت ۱۴۰ هزار کیلومتر در ساعت حرکت می‌کند سرانجام با موفقیت به بار نشست.

این نخستین بار است که بشر سفینه‌ای را روی یک دنباله دار فرود آورده است.

فیله، کاوشگری که از روزتا جدا شد به علت نقص فنی، دوبار به سطح دنباله دار برخورد کرد و چند صد متر دورتر از محلی که برای فرود در نظر گرفته شده بود فرود آمد.

به این ترتیب باتری های خورشیدی فیله بخوبی شارژ نشدند و این کاوشگر فقط به مدت شصت ساعت اطلاعات مخابره کرد. دانشمندان امیدوارند که با نزدیک شدن دنباله‌دار به خورشید، باتری های فیله دوباره شارژ شوند و شروع به کار کنند.

با این حال تا همینجا هم ماموریت روزتا یکی از بزرگترین دستاوردهای بشر نه تنها در سال ۲۰۱۴ بلکه در دهه‌های اخیر قلمداد می شود که اطلاعاتی بسیار با ارزش درباره دنباله‌دارها و همچنین درباره منظومه شمسی فراهم کرده است.

خون جوان برای درمان پیری

به گفته محققان، اکنون شواهد به قدر کافی محکم هستند که آزمایش و به کارگیری آن را در انسان موجه کند: "چیزی در خون جوان وجود دارد که می تواند نقایص مغز پیر را برطرف کند"

در سال‌های آینده ممکن است تزریق خون کاربرد تازه‌ای پیدا کند: رفع عوارض پیری.

در سال ۲۰۱۴، نتایج سه تحقیق جداگانه در آمریکا نشان داد که تزریق خون جوان می‌تواند برخی آثار پیری را از مغز، قلب و ماهیچه‌های موش‌ پاک کند.

در یکی از این تحقیقات که کار مشترک دانشگاه‌های کالیفرنیا و استنفورد بود، تزریق خون موش‌های جوان به موش‌های پیر، توانایی موش‌های پیر را در یاد‌آوری و یادگیری افزایش داد و قدرت و استقامت عضلانی موش‌های پیر را بیشتر کرد.

محققان در خون موش های جوان پروتئینی را یافتند به نام GDF11 که قدرت و استقامت سلول های عضلانی در موش های پیر را بیشتر می کند، تکثیر نورون‌ها (سلول عصبی) را در مغز افزایش می‌دهد و گردش خون را در مغز بهتر می کند.

در تحقیقی دیگر پلاسمای خون موش های جوان باعث بهبود حافظه فضایی (spatial memory) در موش های پیر شد.

اینکه در خون موجودات جوان عواملی وجود دارند که می تواند روند پیری را کند کرده یا عوارض آن را تخفیف دهد در جوامع امروزی که روز به روز به سمت پیری می روند می تواند یکی از بزرگترین دستاوردهای بشر در قرن ۲۱ را رقم بزند.

ربات های هماهنگ

لشکر ربات‌های مینیاتوری

چند گروه تحقیقاتی در سال ۲۰۱۴ موفق شدند بدون نیاز به نظارت انسانی، تعداد بسیار زیادی ربات را به صورتی هماهنگ و هدفمند به کار بگیرند.

در یکی از این تحقیقات صدها ربات ریز که با الهام از موریانه ها ساخته شده بودند توانستند بدون نظارت انسان، ساختمان بسازند.

یک کوادکوپتر

در کارآزمایی دیگری که خودسازماندهی این رباتها را بهتر به نمایش گذاشت، ده کوادکوپتر (Quadcopter: پهپاد مینیاتوری)، در آرایشی خاص، همزمان پرواز کرده و با تبادل رادیویی اطلاعاتی مثل سرعت و فاصله، نه تنها با هم برخورد نکردند بلکه توانستند در طول پرواز، خود را در آرایش های مختلف قرار دهند.

رقص گروهی ربات‌های رقصنده

اینکه تعدادی ربات در همکاری و هماهنگی با همدیگر بتوانند وظایف محوله را انجام دهند چشم اندازی باورنکردنی را پیش روی بشر قرار می دهد، از عملیات امداد و نجات در مناطق خطرناک گرفته تا فرستادن تیمی از رباتهای مینیاتوری به داخل بدن برای شناسایی بیماری و مبارزه با آن.

چیپ‌های کامپیوتری به مثابه سلول مغز

مهندسی نورومورفیک در سال ۲۰۱۴ پیشرفت قابل ملاحظه ای داشت. هدف این شاخه مهندسی تولید چیپ های کامپیوتری است که توان پردازش حجم عظیمی از اطلاعات را داشته باشند و بتوانند کارهای پیچیده انجام دهند.

اکنون متخصصان این رشته برای اولین بار با الگو گرفتن از کارکرد مغز، چیپ های نورومورفیکی را ساخته‌اند که مانند سلول های مغز اطلاعات را پردازش می‌کنند.

مغز انسان به طور متوسط از صد میلیارد نورون تشکیل شده که صد تریلیون سیناپس آنها را به هم مرتبط می کنند و چیپی که محققان آی بی ام ساختند ۵.۴ میلیارد ترانزیستور و ۲۵۶ میلیون سیناپس دارد.

الگوبرداری از قابلیت مغز در تولید کامپیوتر، به تولید کامپیوترهایی با توانمندی فوق‌العاده منجر خواهد شد

الگوبرداری از ساختار مغز، کامپیوترها را در مسیر تحولی بزرگ قرار داده، اینکه کامپیوترها در آینده صاحب بینش باشند و حجم باورنکردنی اطلاعات را در لحظه پردازش کنند.

علاوه بر این، پروژه مغز انسان، پروژه ده ساله ای که از سال گذشته راه اندازی شده، قصد دارد نقشه مغز انسان را کامل کند. پژوهشگران در این پروژه تمام انواع سلول های عصبی مغز، کارکرد و ارتباطات این سلول ها با یکدیگر را شناسایی خواهند کرد.

با کامل شدن این نقشه و با پیشرفته تر شدن چیپ های عصب مانند، کامپوترها روز بروز بیشتر شبیه مغز انسان کار خواهند کرد.

خلاقیت بشر قدیمی است

تصویری از غارنگاره‌های جزیره سولاوسی اندونزی

نقاشی هایی که بر دیوار غاری در سولاوسی اندونزی کشف شد و حداقل چهل هزار سال قدمت دارد دانشمندان را به تفکری تازه درباره تاریخ تکامل مغز بشر واداشته است. تا پیش از این تصور می شد که اروپا محل قدیمی ترین غارنگاره‌ها است.

این غارنگاره‌ها در دهه پنجاه میلادی کشف شده بودند، اما محققان فکر می کردند بیشتر از ده هزار سال قدمت ندارند چون این نقاشی ها نمی توانند در آب و هوای حاره ای دوام بیاورند.

اما وقتی قدمت این غارنگاره‌ها به دقت تعیین و معلوم شد که آنها ۳۹ هزار سال عمر دارند، دانشمندان شگفت زده شدند. این امر نشان داد که خلاقیت، نه در یک نقطه از دنیا، بلکه در نقاط مختلف کره زمین دیده می‌شده است.

دستکاری خاطرات

مححقان موفق شدند سلول هایی را در مغز شناسایی کنند که یک خاطره خاص را رمزگذاری و ثبت می کنند.

آنچه این تحقیق را هیجان انگیزتر کرد این بود که محققان نشان دادند که با دستکاری سلول های خاص می توان خاطره‌ای تازه ایجاد کرد بدون اینکه چنین اتفاقی اصلا افتاده باشد.

با دستکاری خاطرات و تغییر محتوای عاطفی آنها می‌توان به درمان برخی بیماری‌ها مثل PTSD امیدوار شد

با استفاده از روشی به نام اپتوژنتیک، محققان از ویروس ها استفاده می‌کنند و در نورون های مغز، مولکولهای حساس به نور قرار می دهند، به این ترتیب در فعالیت مغز تغییر ایجاد می شود.

با این روش، محققان نه تنها توانستند خاطرات موجود را پاک کنند، بلکه موفق شدند خاطرات کاذبی هم بجای آنها ایجاد کنند. آنها حتی توانستند تاثیر عاطفی خاطره را از خاطره بد به خوب یا برعکس تغییر دهند.

این تحقیق در مراحل اولیه است اما در درازمدت برای درمان بیماری هایی مثل افسردگی، اسکیزوفرنی یا اختلال تنش‌زای پس از رویداد (PTSD) به کار گرفته خواهد شد.

پیشرفت‌های قابل توجه در درمان فلج نخاعی

برای اولین بار مردی که در اثر ضربه چاقو از کمر به پایین فلج شده بود، با تزریق سلول‌های بویایی به نخاع، توانست راه برود.

او که در چهار سال گذشته کاملا از کمر به پایین فلج بود اکنون از زانو به پایین حس دارد و بخشی از حرکت پا، کارکرد روده و مثانه و همچنین تا حدی کارکرد جنسی او برگشته است.

به جز استفاده از سول‌های بنیادی، راههای دیگری هم امید به درمان ضایعات نخاعی را افزایش داده است.

تا به حال چهار بیمار قطع نخاعی با استفاده از تحریکات الکتریکی که مستقیما به نخاع وارد می شود توانسته اند بخشی از حرکت و حس خود را بازیابی کنند.

در این روش، یک تحریک کننده الکتریکی را به زیر قسمتی از نخاع که آسیب دیده، پیوند می زنند. این تکانه‌های الکتریکی اعصاب زیر قسمت آسیب دیده را تحریک می کنند و به مرور زمان، آنها فعالیت خود را از سر می‌گیرند.

الفبای ژنتیکی تازه

چهار باز آلی A, T(U), G, C را الفبای ژنتیک لقب داده‌اند. این بازهای آلی تمام اطلاعات ژنتیکی موجودات زنده را در مولکول DNA (یا RNA) رمزگذاری می کنند.

نحوه قرار گرفتن بازهای آلی در مولکول DNA

در سال ۲۰۱۴ دانشمندان موفق شدند بازهای آلی تازه‌ای را در آزمایشگاه تولید کنند و راه را برای رمزگذاری ژنتیکی تازه باز کنند.

علاوه بر این، آنها با تولید یک جفت باز آلی تازه که مشابه آن در طبیعت وجود ندارد، ارگانیسم جدیدی را در آزمایشگاه تولید کردند. این ارگانیسم می تواند این بازها را بازتولید کند، به شرط آنکه مولکولهای پایه مورد نیاز برای ساختن آن فراهم باشد.

برداشتی هنرمندانه از خلق موجودی با DNA غیر عادی در آزمایشگاه

این ارگانیسم مصنوعی قادر به تولید مثل بیرون از آزمایشگاه نیست، اما محققان می گویند که از این باکتری می توان برای تولید موادی با خواص "غیرطبیعی" استفاده کرد.

تولید سلول‌های سازنده انسولین از سلول های بنیادی

محققان در سال ۲۰۱۴ موفق شدند فرآیند تبدیل سلول های بنیادی به سلول های بتای پانکراس را شناسایی کنند. این سلول ها مسئول تولید انسولین هستند.

سلول‌های بنیادی قابلیت تبدیل به هر سلول را دارند اما اینکه در معرض چه پیام‌هایی بیوشیمیایی قرار بگیرند سرنوشت آنها را تعیین می‌کند

در دیابت نوع اول یا دیابت نیازمند به انسولین، این سلول ها به خصوص در زمان کودکی تخریب می شوند.

محققان در دهه گذشته سعی کردند این سلول ها را با کمک سلول های بنیادی بازتولید کنند. اما تولید مقدار زیاد سلول بتا و نحوه انتقال آن به بدن ناموفق بود. علاوه بر این سلولهای بتا قابلیت نوسازی اندکی دارند و بعد از بلوغ قابلیت تکثیر ندارند.

اما محققان دانشگاه هاروارد روشی را یافتند تا میلیونها سلول بتای پانکراس را در آزمایشگاه تولید کنند. این سول‌ها "قند خون را اندازه‌ گرفته و مقدار انسولین مورد نیاز را ترشح می کنند."

پیوند این سلول‌ها به موشها نشان داد که سلول‌های تولید کننده انسولین در حال شکل گرفتن هستند.

با این حال این سلول ها در معرض حمله دستگاه ایمنی هستند و یافتن روشی که آنها را از این حمله مصون نگه دارد چالش بعدی محققان است.

در پژوهشی دیگر، محققان تغییراتی در سلول پوست موش ایجاد کردند و آنها را به سلول هایی تبدیل کردند که می توانند به سلول بتای پانکراس تبدیل شوند.

پیوند این سلول ها به موش ها، قند خون آنها را پایین آورد و باعث شد سول‌های بتا عملکرد بهتر و موثرتری در ترشح انسولین از خود نشان بدهند.

به حسگر قند خون و پمپ انسولین لقب پانکراس مصنوعی داده‌اند

موفقیت این روش‌ها می‌تواند در آینده به درمانی برای دیابت نوع اول بدل شود.

علاوه بر این، در سال ۲۰۱۴، با استفاده از یک تلفن هوشمند، پانکراس مصنوعی برای مبتلایان به دیابت نوع اول ساخته شد.

روش کار به این ترتیب است که یک حسگر در پوست فرد مبتلا به دیابت کار گذاشته می شود که قند خون را مرتب اندازه گرفته و نتیجه را به تلفن ارسال می کند.

پمپ انسولین تحولی بزرگی در زندگی مبتلایان به دیابت نوع اول ایجاد می‌کند

تلفن با انجام محاسبات لازم، به یک پمپ انسولین پیغام می دهد که چه مقدار انسولین نیاز است. به این ترتیب دخالت بیمار در تنظیم قند خون و استفاده از انسولین به حداقل می رسد.

ساخت پمپ هایی که به صورت خودکار قند خون را اندازه گرفته و به اندازه لازم در خون فرد مبتلا به دیابت، انسولین آزاد می کند، زندگی را برای افرادی که باید انسولین تزریق کنند بسیار آسانتر خواهد کرد.

نانوماهواره

نانوماهواره‌ها، ماهواره هایی کوچک، به شکل مکعب هایی به طول و عرض و ارتفاع ده سانتی متر و به وزن تقریبی یک و نیم کیلوگرم هستند.

یک نانوماهواره

آنها بسیار ارزان هستند و با استفاده از قطعات بی مصرف و دور انداختنی ساخته می‌شوند.

این ماهواره های مینیاتوری که در کنار ماهواره های معمولی به فضا پرتاب می شوند، امکان کارهای تحقیقاتی با هزینه و تدارکات اندک را برای گروه های تحقیقاتی مهیا کرده است.

پرتاب این ماهواره های مینیاتوری تقریبا از ده سال پیش آغاز شده، اما در سال ۲۰۱۴ ارزش آنها در گردآوری داده های علمی بیش از پیش آشکار شد.

اکنون نانوماهواره‌ها به قدری اهمیت پیدا کرده اند که ناسا رقابتی برای آنها تدارک دیده و به برنده پنج میلیون دلار جایزه می دهد.

آنها از جمله می توانند تلفن های هوشمند را در مدار زمین تست کنند، فناوری تصویربرداری از کره زمین را بهتر کنند و تاثیر جاذبه را بر گیاهان بررسی کنند.

نخستین نانو ماهواره شش واحدی ناسا که سال ۲۰۱۵ در مدار قرار خواهد گرفت

در سال ۲۰۱۴ بیش از ۷۵ نانوماهواره به فضا پرتاب شد، این ماهواره ها ممکن است به صورت مجموعه ای از مشاهده‌گرهای مداری برای بررسی وضعیت محیط زیست بکار گرفته شوند.

دست مصنوعی با حس لامسه

برای اولین بار دانشمندان یک دست مصنوعی را به مدت یک ماه به بازوی یک مرد دانمارکی که دستش قطع شده بود وصل کردند و این مرد توانست دوباره حس لامسه پیدا کند.

دست مصنوعی با حس لامسه

این مرد توانست با کمک این دست مصنوعی، بدون استفاده از بینایی، اشیا را بگیرد و بردارد؛ البته این دست مصنوعی تمام قابلیت های دست طبیعی را ندارد و نمی‌تواند گرمی و سردی اشیا را حس کند.

حسگرهای این دست مصنوعی ابتدا اطلاعات مورد نیاز را جمع آوری می‌کنند. سپس الگوریتم‌های کامپیوتری این اطلاعات را به تکانه‌های (ایمپالس) الکتریکی تبدیل می کنند به نحوی که این تکانه ها برای اعصاب قابل شناسایی و درک باشند.

بعد چهار الکترود این تکانه‌ها را به اعصاب بازو و از آنجا به مغز می‌فرستند.

برای تنظیم حسگرهای دست مصنوعی به آزمایش‌های بسیاری نیاز بود

پیش از این، دانشمندان تنها توانسته بودند با اتصال الکترودهایی به شانه فرد دچار قطع عضو، به او امکان بدهند با استفاده از فکر، حرکاتش را کنترل کند.

این دست باید بسیار کوچکتر، ارزانتر، کاربردی تر و پیشرفته تر شود، اما ساخت آن قدمی مهم در توسعه اندام های پیوندی مصنوعی و درمان معلولیت است.