Продолжительные изменения в области мозга, связанной с когнитивной функцией и управлением эмоциями, были обнаружены у молодых людей после одной недели видеоигр с насилием – таковы результаты исследования, представленные учеными из Школы медицины университета Индианы (IU).

Исследователи из IU были первыми, кто изучал этот эффект в течение более 10 лет. Проведенные эксперименты показали прямую связь между длительным занятием этим типом видеоигр и последовательными изменениями в упомянутых областях мозга.

Различные версии о том, являются или нет игры с насилием потенциальной угрозой для игроков, обсуждались в течение нескольких лет. Имелось слишком мало экспериментальных данных, демонстрирующих негативный продолжительный нейрологический эффект.

«Впервые мы обнаружили, что случайная выборка подростков показала меньшую активацию в определенном фронтальном отделе мозга, последовавшую после недели игр дома, - сказал доцент Ян Ван (Yang Wang) из Департамента радиологии. – Подвергшиеся воздействию области являются важными для управления эмоциями и агрессивностью поведения».

Для изучения было выбрано 28 здоровых молодых мужчин в возрасте от 18 до 29 лет, ранее мало игравших в видеоигры с насилием, которых разделили на две равные группы. Члены первой группы играли дома в «стрелялки» по 10 часов в день в течение недели и воздерживались от игр в следующую неделю. Вторая группа не играла в видеоигры на протяжение всех двух недель.

Каждый из 28 участников обследовался на функциональной магниторезонансной установке в начале изучения, а затем в конце первой и второй недель. Во время исследования на установке участники решали конфликтные задачи, нажимая кнопки в соответствии с цветом визуально представленных слов. Слова, обозначавшие насильственные действия, были распределены среди слов ненасильственного характера. Вдобавок, участники выполняли счетную задачу, тормозящую когнитивные функции.

После недели игр, участники группы показали сниженную активацию в левой нижней фронтальной доле во время эмоциональной задачи Струпа (эффект Струпа) и меньшую активацию в передней поясной коре в течение счетной задачи Струпа по сравнению с базовыми результатами и результатами контрольной группы. После прекращения игр в течение второй недели, изменения в исследуемых областях мозга приблизились ко второй группе.

«Это открытие указывает, что видеоигры с насилием оказывают продолжительное влияние на функционирование мозга, - сказал д-р Ван. Эти эффекты могут транслироваться в поведенческие изменения после продолжительного периода игр».

               Изображения головного мозга участников двух групп

Ученые из Кавендишской лаборатории в Кембридже использовали свет, чтобы протолкнуть электроны через классический барьер. Хотя квантовое туннелирование является следствием волновой природы элементарных частиц, впервые оно управлялось с помощью света.

Как явление туннелирование встречается в процессах радиоактивного распада, во многих химических реакциях, а также используется в сканирующем туннельном микроскопе.

По словам проф. Джереми Баумберга (Jeremy Baumberg), «трюк воздействия на электроны заключается в том, чтобы «обвенчать» их со светом». Механизм «брака» состоит в следующем.

Электромагнитный резонатор (потенциальная яма), являющийся контейнером для электромагнитного поля, захватывает фотоны с длиной волны, определяемой его геометрией. В нем возникают дискретные уровни энергии, позволяющие захватывать заряженные частицы, в данном случае электроны. Захваченные электроны образуют связанные состояния с фотонами, или квазичастицы, которые команда назвала «диполяритонами». Они вытянуты в определенном направлении и сильно взаимодействуют между собой.

Такие сильно взаимодействующие квазичастицы вызывают большой интерес физиков-твердотельщиков, которые пытаются получать конденсированные состояния вещества.

Пребывая в двух местах одновременно (в квантовом смысле), эти новые квазичастицы обещают перенести идеи атомной физики на практические устройства, делая видимыми квантовые эффекты.

Любители вина знают, что при вращательном движении хорошего вина в бокале, оно насыщается воздухом и освобождает свой букет. Однако как этот процесс работает, составляло своего рода загадку.

Гидродинамики уже давно обнаружили, что круговое взбалтывание образует волну, которая распространяется по внутренней поверхности бокала, перемешивая жидкость. «Образование этой волны известно, вероятно, со времен появления бокалов или любого другого цилиндрического кубка, но физика, описывающая перемешивание и насыщение кислородом, отсутствовала», - сказал Мохамед Фархад (Mohamed Farhat), старший научный сотрудник из Федеральной политехнической школы в Лозанне.

Чтобы описать, как происходит перемешивание, Фархад с коллегами генерировали такие волны в прозрачных цилиндрах и использовали современные методы, чтобы отследить движение распространяющихся волн и измерить скорость жидкости.

Исследователи обнаружили, что по мере распространения волны вдоль стенки бокала, жидкость перемещается от дна бокала кверху и обратно и от центра к периферии. Этот насосный механизм, вызванный волной, более резко выражен вблизи свободной поверхности и стенок, что улучшает перемешивание. Исследователи также открыли, что для имеющейся формы бокала смешивание и оксигенация могут быть оптимизированы подходящим выбором диаметра взбалтывания и скоростью вращения.

По словам Фархада, результаты исследования вращение вина в бокале вдохновили инженеров в области биофармацевтики, где культуры клеток размещаются в больших цилиндрических контейнерах, или биореакторах, и встряхиваются, подобно процессу аэрации в бокале вина. Новая работа, продемонстрировала, что такой биореактор часто лучше перемешивает и оксигенирует культуру, чем существующие перемешивающие танки. Более того, мягкая природа орбитального взбалтывания обеспечивает лучшую жизнестойкость и скорость роста клеток.

Понимая необходимость защитить Землю от космической стихии – интенсивных потоков электромагнитной энергии и частиц, которые иногда порождает Солнце, – некоторые люди беспокоятся, что гигантская «солнечная вспышка-убийца» может обладать достаточной энергией, чтобы разрушить Землю. Принимая во внимание установленный факт, что солнечная активность имеет 11-летний цикл, некоторые верят, что в 2012 г. такая вспышка может произойти.

Однако солнечные циклы существуют не одно тысячелетие, и те, кто старше 11 лет, уже пережили «катастрофу» без особого вреда для себя. Вдобавок, следующий максимум солнечной активности ожидается в конце 2013 г. или в начале 2014 г.

Но более важным является то, что у Солнца просто недостаточно энергии послать убийственный огненный шар на расстояние 150 млн км, чтобы разрушить Землю.

Это не значит, что космическая погода не может воздействовать на нашу планету. Электромагнитное излучение и частицы с высокой энергией от солнечных вспышек могут временно изменить верхние слои атмосферы, нарушая передачу сигналов от спутников. Другое явление может быть даже более разрушительным. Известное как выброс коронального вещества (CME), оно приносит выбросы частиц и электромагнитных флуктуаций в земную атмосферу. Они могут уже оказывать действие на уровне земной поверхности, приводя, к примеру, к сгоранию трансформаторов в электроэнергетической системе. В то же время частицы могут разрушить электронику в спутниках и вывести из строя их системы. В нашем мире, который становится все более зависим от работы электронных систем, это может представлять серьезные проблемы.

Однако это проблемы того же порядка, что и от ураганов. Каждый может защитить себя, получив своевременное предупреждение. Домовладелец может либо ничего не делать, либо укрепить свой дом, выключить электронику и перебраться в безопасное место.

Ученые предупреждают электрические компании, космических операторов и воздушных пилотов о CME, так что эти группы могут заранее предпринять необходимые действия.

Мы не можем игнорировать космическую погоду, но можем предпринять меры для своей защиты. И даже в наихудшем случае, солнечные вспышки физически не могут разрушить Землю. Таково убеждение ученых.

Исследование в Университете Шеффилда, сравнивающее крыс и мышей с их далекими родственниками сумчатыми, предполагает, что подвижные усики были важной вехой в эволюции млекопитающих от рептилий.

Используя высокоскоростную цифровую видеозапись и автоматическое слежение, команда исследователей, возглавляемая проф. Тони Прескоттом (Tony Prescott) из департамента психологии, пролила свет на то, как грызуны, мыши и крысы, двигают своими усиками вперед и назад с высокой скоростью и разными способами, чтобы активно исследовать окружающую среду, - поведение, известное как «взбивание» (whisking). Взбивание позволяет мышам или крысам точно определять положение, форму и текстуру объекта, принимать быстрое и точное решение и затем использовать информацию, чтобы построить карту окружения.

При беге по прямой линии крысы и мыши двигают своими усиками вперед-назад одинаково с обеих сторон головы. Однако при повороте они смещают движение усиком в направлении поворота, и когда усики на одной стороне головы касаются объекта, то на противоположной стороне обметают вокруг, чтобы собрать больше информации. Эта активная стратегия восприятия помогает животным лучше понимать мир через прикосновение.

В своем последнем исследовании команда показала, что взбивание также наблюдается у небольших южноамериканских сумчатых – серых короткохвостых опоссумов. Это животное во многом походит на ранних млекопитающих, которые жили более 125 млн лет назад, то есть приблизительно в то же время, когда пути эволюции, ведущие к современным грызунам и сумчатым, разошлись.

Эти данные предполагают, что некоторые первые млекопитающие могли также иметь усики, подобные современным мышам и крысам, и что появление подвижных усиков было поворотным пунктом в эволюции млекопитающих от рептилий.

Самые ранние млекопитающие обитали на деревьях и вели ночной образ жизни. Для того чтобы успешно передвигаться и выживать в сложных условиях, эти животные нуждались в эффективном сборе информации от множества сенсоров – зрения, слуха, обоняния и прикосновения. Лицевые усики обеспечивали млекопитающих новым тактильным датчиком, отсутствующим у рептилий, что могло помогать им ориентироваться в темноте.

Проф. Тони Прескотт сказал, что это последнее исследование наводит на мысль, что наряду с появлением у млекопитающий таких особенностей, как теплокровность, живородность и развитый мозг, появление нового тактильного датчика, основанного на двигающихся лицевых усиках, было важным шагом на эволюционном пути к современным млекопитающим. Хотя у людей такого органа нет, он был критичным для наших млекопитающих предшественников.

Ученые из Технологического университета Чалмерса, Швеция, добились успеха в «извлечении» света из вакуума – наблюдавшийся эффект был предсказан более 40 лет назад.

Эксперимент базируется на одном из наиболее неочевидных, но наиболее важном принципе релятивистской квантовой электродинамики, заключающемся в том, что в вакууме постоянно рождаются и аннигилируют виртуальные пары частица—античастица.

Кристофер Уилсон (Christopher Wilson) с коллегами успешно перевели пару фотонов из виртуального состояния в реальное. В 1970 г. Мур (Moore) предсказал, что это может случиться, если виртуальные фотоны отразятся от зеркала, которое движется со скоростью, отношение которой к скорости света достаточно велико. Это явление известно как динамический эффект Казимира, который и наблюдали впервые ученые из Чалмерса.

«Поскольку невозможно получить зеркало, движущееся достаточно быстро, мы разработали другой метод для достижения того же эффекта, – объясняет проф. Пер Делсинг (Per Delsing). – Взамен изменения физического расстояния к зеркалу мы изменяли электрическую длину (число длин волн, которые могут распространяться в цепи) короткой цепи, что оказывало такой же эффект на микроволны».

«Зеркало» представляло два коротких (по 100 мкм) проводника, соединенных SQUID (Superconducting quantum interference device), который, будучи крайне чувствительным к магнитному полю, играл роль переменной индуктивности. Прилагаемое внешнее магнитное поле имело частоту 11 ГГц.

«Результат был тот, что из вакуума появлялись фотоны, которые мы могли фиксировать как микроволновое излучение, – сказал Пер Делсинг. – Мы также установили, что излучение обладало свойствами, предсказанными теорией».

Главное значение эксперимента заключается в возможности лучше понять основные физические концепции, такие как флуктуации вакуума. Есть предположение, что флуктуации вакуума могут иметь связь с темной энергией, которая является причиной ускоренного расширения вселенной.

Команда исследователей, работающая в NIST, завершила 10-летнее изучение судьбы нейтронов в попытках ответить на вопрос, насколько могут быть чувствительны подобные измерения. Они признали, что вселенная стремится сохранить секреты в тайне, но они достигли успеха, значительно сузив число возможных ответов.

Хотя сам мир представляется чем-то из области научной фантастики, антиматерия, если не учитывать ее практическое отсутствие, обычное вещество, которое, как верят космологи, когда-то составляло половину всего вещества вселенной. Миллиарды лет назад большая часть материи и вся антиматерия аннигилировали, оставив небольшое количество материи в океане космической энергии. Все, что мы видим сегодня, от звезд до живых существ, сделано из этого остатка материи, которая уцелела, потому что ее было немного больше.

«Вопрос заключается в том, почему на начальном этапе материи было больше, - говорит Питер Мумм (Pieter Mumm) из Лаборатории физических измерений NIST. – Имеется множество теорий, пытающихся объяснить этот дисбаланс, но отсутствуют экспериментальные данные, подтверждающие хоть одну из них. И остается большой загадкой, почему вселенная существует. Утвердившаяся физика не может ее объяснить».

Ответ может быть найден путем исследования распада нейтронов, который происходит двумя различными способами. Хотя все наблюдения до сих пор показывали, что они встречаются в природе с одинаковой частотой, нахождение небольшого дисбаланса между этими двумя способами распада могло бы объяснить, почему материи оказалось больше.

Мумм и его сотрудники из нескольких институтов использовали детектор, имеющийся в Центре нейтронных исследований NIST, чтобы изучить этот аспект нейтронного распада с большей чувствительностью, чем это делалось до сих пор. Несколько лет наблюдений и анализа данных снова показали, что дисбаланс между двумя способами распада нейтрона отсутствует. Но улучшенная чувствительность их экспериментов означает, что они могут существенно ограничить ряд теорий о дисбалансе материи и антиматерии.

«Мы получили очень сильное ограничение на то, что эти теории могут рассматривать, - сказал Мумм. - Мы дали пищу для таких теорий. И если нам удастся успешно модифицировать наш детектор, то мы сможем определитьграницы для большого класса теорий. Это поможет физическому сообществу избежать заведомо неверных путей».

Исследователи из департамента материаловедения Торонтского университета разработали самый эффективный в мире органический светодиод (OLED) на пластике. В отличие от традиционных OLED, производимых на стеклянной основе, он гибкий и более дешевый.

На основе органических светодиодов можно производить высококонтрастные дисплеи с низким энергопотреблением, которые быстро становятся доминантной технологией для усовершенствованных электронных экранов. Они уже используются в некоторых мобильных телефонах и других малогабаритных приложениях.

Сегодня OLED производятся на основе стекла с примесями тяжелых металлов для того, чтобы добиться высокой эффективности и яркости, что делает их дорогостоящими, тяжелыми, жесткими и ломкими.

«Наиболее привлекательной в OLED-технологиях была потенциальная возможность производить их на гибком пластике», - сказал проф. Чжэн-Хун Лу (Zheng-Hong Lu).

Применение пластика может существенно снизить стоимость производства и в то же время обеспечить разработчиков более стойкими и гибкими материалами для использования в продуктах.

Исследование продемонстрировало первый высокоэффективный OLED на пластике. Производительность устройства сравнима с наилучшими традиционными OLED на стеклянной основе.

«Это открытие освобождает полный потенциал OLED, указывая путь к энергоэффективным гибким и ударостойким дисплеям», - сказал проф. Лу.

    Техника покрытия с помощью тонкого слоя окисла тантала позволила команде построить самый эффективный в мире OLED

Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) преодолели заветный порог значения индукции магнитного поля – 100 Тл. Напомним, что команда из LANL в августе прошлого года установила рекорд 97,4 Тл при неразрушающемся магните.

«Это наш полет на Луну, мы работали над этим десять с половиной лет», - сказал Чак Милке (Chuck Mielke), директор лаборатории импульсных полей из Лос-Аламоса.

Команда использовала многоимпульсный магнит, содержащий семь наборов катушек, весящих более 8 т и питающихся от массивного генератора, способного выработать энергию 1,2 гигаджоуля. Ранее получали магнитные поля более высокие, но при этом магниты разрушались.

Ученые ожидают, что наиболее интересные результаты такие магнитные поля дадут при изучении квантовых фазовых переходов и новых магнитных состояний со сверхвысокими магнитными полями, определении электронной структуры и топологически защищенных состояниях материи.

По словам Чака Милке, в последнем эксперименте «новый магнит позволил нашим пользователям и персоналу определить верхнюю критическую границу значения поля в новой форме сверхпроводника, открыть два новых магнитоупорядоченных состояния в материалах, что не удавалось ученым почти 30 лет, наблюдать магнито-квантовые колебания в высокотемпературном сверхпроводнике с беспрецедентным разрешением, определить топологическое состояние нового материала и открыть новую форму магнитного упорядочения в улучшенных магнитных материалах».

Способность создавать импульсы магнитного поля с крайне высокой индуктивностью с помощью неразрушающихся магнитов обеспечивает исследователей беспрецедентным инструментом для изучения широкого круга вопросов: от поведения материалов в очень высоких магнитных полях до квантовых фазовых переходов в твердом теле.

Исследователи могут использовать сочетание сверхнизких температур и высоких магнитных полей для исследования сверхпроводимости, фазовых переходов, индуцируемых магнитным полем, и так называемых квантовых критических точек, в которых малые изменения в свойствах материалов при очень низких температурах оказывают сильное влияние на физические свойства.

Двигатель-генератор, от которого питалась установка

Сны являются замечательной особенностью нашего мозга. Однако как образы и эмоции, которые мы так интенсивно переживаем во сне, формируются в наших головах, остается загадкой. Вплоть до настоящего времени не было возможности оценить содержание сна. И вот впервые ученые из института Макса Планка в сотрудничестве с коллегами из госпиталя Charité в Берлине достигли успеха в анализе активности мозга во время снов.

Им удалось сделать это с помощью людей, которые осознают свое состояние во время снов и способны изменять их содержание. Ученые измерили, что активность мозга в течение движений во сне совпадала с таковой, наблюдаемой при реальном движении в состоянии бодрствования.

Визуализировать и идентифицировать точную локализацию активности мозга в течение сна ученым позволили методы функционального магнитного резонанса. Однако вплоть до недавнего времени исследователи не были способны анализировать специфическую активность мозга, связанную с содержанием сна, так как измеренная активность мозга может быть связана со специфическим сном, если только известно точное совпадение во времени содержания сна и измерения. Но ведь что снится спящему, может сказать только он сам.

Ученые использовали возможность осознанных сновидцев. Их просили осознать свои сны во время сна в магниторезонансном сканере и сообщить свое состояние исследователям с помощью движения глаз. Затем их просили по своему выбору изменить содержание сна так, чтобы они повторно сжимали правый кулак и затем левый кулак в течение 10 секунд. Это позволило ученым измерить вход в фазу быстрого сна с помощью электроэнцефалограммы и определить начало осознанной фазы. Активность мозга, измеряемая от этой точки отсчета, соответствовала течению сна, включающего сжатие кулаков. Сенсорно-двигательная область мозга, которая ответственна за выполнение движений, активировалась во время сна. Это соответствовало активности мозга, которая возникает при выполнении таких же движений в бодрствующем состоянии.

Совпадение активности мозга, измеренной в течение сна и во время осознанных действий, показывает, что содержание сна может быть измерено.

«Наши сны не «кино во сне», в котором мы просто пассивно наблюдаем события, они вызывают активность в областях мозга, которые связаны с содержанием снов», - сказал Michael Czisch, глава исследовательской группы из Института психиатрии им. Макса Планка.

               
 
Вверху: пациент в магниторезонансном устройстве.
Внизу: активность в моторной области коры в течение движения руками при бодрствовании (слева) и во время сна (справа). Синие области указывают на активность правой руки, красные – левой