İnsan beynindeki nöronlar diğer binlerce hücrenin elektrik sinyallerini alır ve dendritler olarak adlandırılan uzun sinir uzantıları, tüm bu bilgilerin birleştirilmesinde kritik bir rol oynar, böylece hücreler uygun şekilde cevap verebilir. İnsan beyin dokusunun elde edilmesi zor örneklerini kullanan MIT nörobilimcileri, insan dendritlerinin diğer türlerden farklı elektriksel özelliklere sahip olduğunu keşfettiler. Çalışmaları, elektrik sinyallerinin, insan dendritleri boyunca akarken daha fazla zayıfladığını ve daha yüksek derecede elektriksel bölümlendirmeye neden olduğunu, yani dendritlerin küçük bölümlerinin nöronun geri kalanından bağımsız olarak davranabileceğini göstermektedir.
Araştırmacılar, bu farklılıkların insan beyninin gelişmiş bilgi işlem gücüne katkıda bulunabileceğini söylüyor. Fred ve Carole Middleton Kariyer Gelişimi yardımcı doçenti ve bilişsel bilimler profesörü olan Mark Harnett, şunları söylüyor: “nsanların zekası değil, daha çok nöronumuz ve daha büyük bir korteksimiz var. Yukarıdan aşağıya nöronlar farklı davranmaktadır. İnsan nöronlarında, daha fazla elektriksel bölümlenme vardır ve bu, bu birimlerin biraz daha bağımsız olmasına ve potansiyel olarak tek nöronların hesaplama yeteneklerinin artmasına neden olur.” MIT’nin McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü’nün üyesi olan Harnett ve Harvard Tıp Fakültesi ve Massachusetts Genel Hastanesi’nde nöroloji profesörü olan Sydney Cash, Cell’in 18 Ekim tarihli sayısında bu araştırmayı kaleme aldılar. Makalenin başyazarı, MIT’nin Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümü’nün lisansüstü öğrencisi Lou Beaulieu-Laroche’dir.
Sinirsel hesaplama
Dendritlerin, bir bilgisayardaki transistörlere benzer şekilde, elektrik sinyalleri kullanarak basit işlemler gerçekleştirdikleri düşünülebilir. Dendritler diğer birçok nörondan girdi alır ve bu sinyalleri hücre gövdesine taşır. Yeterince uyarılırsa, bir nöron bir aksiyon potansiyelini ateşler – daha sonra diğer nöronları uyaran bir elektriksel dürtü. Bu nöronların büyük ağları, düşünce ve davranış üretmek için birbirleriyle iletişim kurarlar. Tek bir nöronun yapısı genellikle bir ağaca benzer, birçok dal hücre gövdesine çok uzaktan bilgi getirir. Önceki araştırmalar, hücre gövdesine gelen elektriksel sinyallerin gücünün, kısmen, oraya ulaşmak için dendrit boyunca ne kadar uzaklaştıklarına bağlı olduğunu bulmuştur. Sinyaller yayıldıkça, zayıflarlar, bu yüzden hücre gövdesinden uzaklaşan bir sinyalin, hücre gövdesine yakın olandan daha az bir etkisi vardır. İnsan beyninin korteksindeki dendritler, sıçanlar ve diğer birçok türdekinden çok daha uzundur, çünkü insan korteksi, diğer türlerinkinden daha kalındır. İnsanlarda, korteks, toplam beyin hacminin yaklaşık yüzde 75’ini oluşturur, bu oran sıçan beyninde yaklaşık yüzde 30’dur. İnsan korteksi, sıçanlarınkinden iki ila üç kat daha kalın olmasına rağmen, altı tane farklı nöron katmanından oluşan aynı genel organizasyonu korur. 5. tabakadaki nöronlar, tabaka 1’e kadar uzanacak kadar uzun olan dendritlere sahiptir, bu da insan dendritlerinin insan beyninin gelişmesiyle uzaması gerektiği ve elektrik sinyallerinin o kadar uzaklaşmak zorunda kaldığı anlamına gelir. Yeni çalışmada, MIT ekibi bu uzunluk farklılıklarının dendritlerin elektriksel özelliklerini nasıl etkileyebileceğini araştırmak istedi.
Temporal lobun bir kısmının cerrahi olarak çıkarılması sırasında epilepsi hastalarından çıkarılmış küçük beyin dokularını kullanarak sıçan ve insan dendritlerindeki elektriksel aktiviteleri karşılaştırabildiler. Beynin hastalıklı kısmına ulaşmak için, cerrahlar ayrıca anterior temporal lobun küçük bir parçasını çıkarmak zorunda kaldılar. MGH çalışma arkadaşları Cash, Matthew Frosch, Ziv Williams ve Emad Eskandar’ın yardımıyla, Harnett’in laboratuvarı, her biri bir tırnağın büyüklüğünde olan ön temporal lob örneklerini elde edebildi. Harnett, kanıtın, anterior temporal lobun epilepsiden etkilenmediğini ve nöropatolojik tekniklerle incelendiğinde dokunun normal göründüğünü söylüyor. Beynin bu kısmı, dil ve görsel işlem de dahil olmak üzere çeşitli işlevlerde yer alır, ancak herhangi bir işlev için kritik değildir; hasta dokular çıkarıldıktan sonra normal olarak işlev görebilir. Dokuyu çıkardıktan sonra sonra araştırmacılar, içinde akmakta olan oksijenle birlikte beyin omurilik sıvısına çok benzer bir solüsyon yerleştirdiler. Bu, dokuları 48 saate kadar canlı tutmalarını sağladı. Bu süre boyunca, elektrik sinyallerinin, korteksteki en yaygın eksitatör nöron tipi olan piramidal nöronların dendritleri boyunca nasıl seyahat ettiklerini ölçmek için yama-kelepçe elektrofizyolojisi olarak bilinen bir teknik kullandılar. Bu deneyler öncelikle Beaulieu-Laroche tarafından gerçekleştirilmiştir. Harnett’in laboratuarı (ve diğerleri) daha önce bu tür bir deneyi kemirgen dendritlerinde yapmıştı, ancak ekibi insan dendritlerinin elektriksel özelliklerini ilk analiz eden gruptur.
Benzersiz özellikler
Araştırmacılar, insan dendritleri daha uzun mesafeleri kapsamadığı için, katman (5) ‘den bir insan dendriti boyunca katman (5)’ deki hücre gövdesine akan bir sinyalin, tabaka (1) ‘den 5. tabakaya uzanan sıçan dendriti boyunca akan bir sinyalden çok daha zayıf olduğunu bulmuşlardır. Ayrıca, insan ve sıçan dendritlerinin, akım akışını düzenleyen aynı sayıda iyon kanalına sahip olduklarını da göstermişlerdir, fakat bu kanallar, dendrit uzamasının bir sonucu olarak insan dendritlerinde daha düşük bir yoğunlukta ortaya çıkmaktadır. Harnett, ayrıca bu yoğunluk değişiminin insan ve sıçan dendritleri arasında görülen elektriksel aktivitedeki bazı farklılıklardan sorumlu olabileceğini gösteren ayrıntılı bir biyofiziksel model geliştirdiklerini söylüyor. Soru şu, bu farklılıklar insan beyni gücünü nasıl etkiler? Harnett’in hipotezi, bir dendritin daha fazla bölgesinin bir gelen sinyalin gücünü etkilemesine izin veren bu farklılıklar nedeniyle, bireysel nöronların bilgi üzerinde daha karmaşık hesaplamalar yapabilmeleridir. “Eğer insan korteksi veya kemirgen korteksi olan bir kortikal kolonunuz varsa, kemirgen yapısına karşı insan yapısı ile daha fazla hesaplamayı daha hızlı gerçekleştirebilirsiniz,” diyor. Harnett, insan nöronları ve diğer türler arasında birçok farklı farklılıklar olduğunu da ekleyerek, dendritik elektriksel özelliklerin etkilerini hafifletmeyi zorlaştırdığını söylüyor. Gelecekteki çalışmalarda, bu elektriksel özelliklerin kesin etkisini ve daha fazla bilgi işlem gücü üretmek için insan nöronlarının diğer benzersiz özellikleriyle nasıl etkileştiklerini keşfetmeyi umuyor. Araştırma, Kanada Ulusal Bilimler ve Mühendislik Araştırma Konseyi, Dana Vakfı David Mahoney Nörogörüntüleme Hibe Programı ve Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edildi. Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/10/181018141057.htm
Çeviren: Bünyamin TAN
Çin’in ‘yapay güneşi’ 100 milyon derecelik ısı elde etti
Çin’in ‘yapay güneş’ adını verdiği Süper İletken Kaynaşım Merkezi Tokamak (EAST) yapılan deneyde 100 milyon derecelik plazmadan oluşan ısıya ulaştı. Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı Plazma Fizik Enstitüsü’nün web sitesinden yapılan açıklamada daha önce elde edilen 50 milyon derecelik ısı hacminden sonra, 100 milyon derecelik ısı hedefine de ulaşıldığı belirtildi. Jiangsu bölgesinde bulunan reaktörde nükleer füzyon ile üretilen ısının aynı zamanda temiz enerji olarak da kullanılması hedefleniyor. 1950’lerde Rus fizikçi Igor Yevgenyevich Tamm ve Andrei Sakharov tarafından bulunan Tokamak, plazmanın kapalı manyetik alan bölgesi içinde hapsedilmeye çalışıldığı bir plazma tutucu sistem olarak biliniyor.
Çin devlet televizyonuna göre Süper İletken Kaynaşım Merkezi Tokamak (EAST) Çin’in dördüncü nesil nükleer füzyon üreten santrali. Yapay güneş olarak adlandırılan bu santralin amacı, okyanuslarda bolca bulunan döteryum ve trityumu kullanarak güneşin içerisinde gerçekleşen nükleer füzyona benzer ısı elde etmek. Aynı reaktörde 2017 yılında yapılan deneyde 102 saniye boyunca ısı yayan 50 milyon derecelik ısı elde edilmişti.
Nükleer Füzyon Nedir?
Nükleer füzyonun çalışma prensibi, iki ayrı hidrojen gazını, döteryum ve tritium, yaklaşık 100 milyon derece ısıya çıkararak, işlem sonrası oluşan plazmadan enerji elde etmek üzerine olup, fosil yakıtlara göre çok daha fazla enerji üretmesi, karbon salınımı olmaması ve güvenlik riski oluşturmaması gibi avantajları vardır.
Culham Füzyon Enerjisi Merkezi’nin açıklamasına göre nükleer füzyonla elde edilen bir kilogram yakıttan elde edilecek enerji, 100 milyon kilogram fosil yakıttan elde edilen enerjiye eşdeğer. Günümüz teknolojisiyle bu kadar yüksek ısılara birkaç dakikadan uzun süre dayanabilecek çekirdekler üretilemediği için, bilim insanlarının önündeki sorun, Güneş’in sıcaklığının üç katına, bir güç kaynağı olarak kullanılabilmesine izin verecek kadar dayanabilecek bir çekirdek üretmek.
Kaynak: https://radiichina.com/chinas-artificial-sun-just-hit-100-million-degrees-celsius-212-million-degrees-fahrenheit/
Bilim İnsanları Güneş Enerjisini 18 Yıla Kadar Saklayabilecek Sıvı Bir Yakıt Geliştirdi
Ne kadar bol ve yenilenebilir olursa olsun, güneş enerjisiyle ilgili hala büyük bir sorun bulunuyor. Güneşin ürettiği enerjiyi depolayabilecek ucuz ve verimli bir sistem bulunmuyor. Güneş enerjisi endüstrisinin uzun bir süredir takıldığı ve ilerleyemediği bu alanla ilgili geçtiğimiz yıl içerisinde farklı çözümler ortaya kondu. İsveç’teki bilim İnsanları güneş enerjisini 10 yıldan daha uzun bir süre depolayabilen özel bir sıvı geliştirdi. MIT’de güneş enerjisi üzerine çalışan mühendis Jeffrey Grossman yaptığı açıklamada, Bir güneş paneli şarj edilebilir batarya gibidir.
Ancak elektrik yerine güneş ışığını devreye sokar ve ısıyı almayı isterseniz, talep üzerine tetiklenmektedir” açıklamasında bulundu. Bulunan sıvı Chalmers University of Technology’deki bilim insanlarının bir yıldan fazla bir süredir geliştirmek için uğraştığı sıvı formundaki bir moleküldür. Bu molekül karbon, hidrojen ve azottan oluşmaktadır. Güneş ışığıyla tetiklendiğinde bu molekül olağan dışı bir şey yapmaktadır. Molekülün atomları arasındaki bağlar yeniden düzenlenir ve bir izomer olarak isimlendirilen, enerjinin yeni bir versiyonuna dönüşür.
Bir tuzağa yakalanan av gibi, güneşten gelen enerji de izomerin güçlü kimyasal bağları arasında yakalanır ve molekül oda sıcaklığına soğuduktan sonra bile orada kalır. Enerjiye ihtiyaç duyulduğunda – gece veya kış mevsiminde – sıvı, molekülü orijinal formuna geri döndüren ve ısı formunda enerji veren bir katalizörden çekilir. Chalmers Üniversitesi’nden nanomateryalist bilim insanı KasperMoth-Poulsen , “ Bu izomerdeki enerji 18 yıla kadar saklanabilir ” diyor. Üstelik enerji çıkarıldığında ve kullanılmaya başlandığında umulandan daha büyük bir sıcaklık artışı elde edilmektedir. Üniversite binasının çatısına yerleştirilen enerji sisteminin bir prototipi, yeni sıvıyı teste tabi tuttu ve araştırmacılara göre sonuçlar çok sayıda yatırımcının dikkatini çekti.
Yenilenebilir, emisyondan arındırılmış enerji cihazı merkezde bir borulu içbükey bir reflektörden oluşur ve bu da Güneş’i bir çeşit uydu çanağı gibi izler.Sistem dairesel bir şekilde çalışır. Şeffaf borularla pompalama yapılmasının ardından sıvı güneş ışığı tarafından ısıtılır, norbornadien molekülü ısı tutucu izomer tarafındankuadrisiklona dönüştürülür. Sıvı daha sonra minimum enerji kaybıyla oda sıcaklığında saklanır. Enerjiye ihtiyaç duyulduğunda, akışkan, molekülleri orijinal hallerine geri döndüren sıvıyı 63 derece ile ısıtan özel bir katalizörden süzülür.Her şey planlandığı gibi giderse, Moth-Poulsen teknolojinin 10 yıl içinde ticari kullanıma açık olabileceğini düşünüyor.
Kaynak: https://www.sciencealert.com/scientists-develop-liquid-that-sucks-up-sun-s-energy
Bilim insanları kilogramın tanımını değiştirmek için toplanıyor: Sabit ağırlık yerine kuantum
Metroloji alanında çalışan 57 ülkeden bilim insanları kilogramın tanımını değiştirmek için Paris’te toplanıyor. Bir kilogramın bir kilogram olduğunu nasıl biliyoruz bunu hiç düşündünüz mü? Nasıl oluyor da “1 kg” dünyanın her yerinde aynı ağırlığa denk geliyor? Cevabı Fransa’nın başkenti Paris’te ısısı ve basıncı kontrol altında tutulan üç seviyede mühürlü bir laboratuvarın içinde bulunuyor. Son birkaç yıldır kilogramı tanımlayan şey; aynı zamanda dünyanın en yuvarlak nesnesi olan ve 2,15 x 10^25 adet silikon 28 atomuna sahip mükemmel küre şeklindeki bir cisim. Sadece bu kürenin yapımında kullanılan hammadenin değeri bile 1 milyon Euro ve binlerce saat işlenerek kusursuz bir küre haline geldikten sonraki değeri ise bunun çok ötesinde. Tüm metrik ağırlık birimleri bu cisme göre belirleniyor ve dünya standardı bu şekilde oluşuyor. Ne var ki, standart ağırlığı tanımlayan bu birim değişmek üzere. Metroloji alanında çalışan 57 ülkeden bilim insanları Versay’da buluşarak artık kilogramın somut bir cisim değil teorik bir denkleme sabitlenmesini oylayacaklar. Ancak oylama sadece bir formalite. Bununla ilgili bilimsel çalışmalar, araştırmalar ve tartışmalar çoktan yapıldı ve karar verildi.
Kilogramı kuantum belirleyecek
Kilogram artık evrenin dokusunda yer alan temel bir sabit sayıdan türetilecek. Bunun için kuantum mekaniğinde yer alan ‘planck sabiti’ kullanılacak. Planck sabiti ise Foton enerjisi ile elektromanyetik dalga frekansının birbirine olan oranından elde ediliyor. Bu oran kuantum mekaniğinde aksiyonun temel birimi olarak da düşünülebilecek bir sabit. Bir ağırlığı dengelemek için gerekli olan plank sabitini gösteren Kibble adında elektromanyetik güçle ölçüm yapan son derece hassas bir aygıt kullanılacak. Biliminsanları önce kilogramın tanımlanmasını bu şekilde değiştirmeyi oylayacak daha sonra da çalışmalarda ortaya konan Planck sabiti değerini oylayacak ve bu değere Kibble’da karşılık gelen ağırlığı tüm zamanlar ve mekanlar için evrensel 1 kg olarak tanımlayacaklar. Böylece insanoğlu gelecekte hangi ortamda veya gezegende yaşarsa yaşasın tüm ölçüm birimlerini şaşmadan kullanmaya devam edebilecek.
Kilogramın tarihçesi
İlk önce ağırlık biriminin tanımı 1793’te Antoine Lavoisier tarafından yapıldı ve 0.1 metre küp hacmindeki bir buzun erime derecesindeykenki ağırlığı olarak belirlendi. ‘Grave’ olarak anılıan bu ağırlık aynı zamanda 1 litre suyu da tanımlıyordu. Bu ölçünün de binde birine gram denildi. 1 Kg’ya da ‘Garve’ demek yerine bin adet gram anlamına gelen kilogram adı verildi. 1799’da 1 Kg’ın tanımı ilk kez değiştirilerek buzun 0 derecesinde değil 4 derece sıcaklıkta erimiş su halinin ağırlığı olması kararlaştırıldı. Ancak suyun yapısı yeterince istikrarlı değildi ve ölçümlerde kullanımı da pratikolmuyordu. Dolayısıyla bu suyun ağırlığına eşit saf platinden oluşan bir silindir yapıldı. Buna da ‘Arşiv kilogram’ denildi. Ancak 90 yıl sonra 1889’da bu materyal de güncellenerek platin ve iridyum karışımı bir silindir olarak belirlendi ve günümüze kadar da kullanıldı. Kg birimi üzerinde oynama yapılmadığından emin olmak için aralarında çok ufak farklılıklar olan 14 kopyası, farklılıklar kaydedilerek dünyada 14 farklı ülkeye gönderildi.
1948’de bu kopyalar ağırlıklarında değişim olup olmadığını ölçmek için ilk kez biraraya getirildi ve aynı şartlar altında korunmalarına rağmen zaman içerisinde hepsinin ağırlıklarının değiştiği gözlemlendi. 1990’da yeniden ölçülen kilogramların ağırlıklarının giderek daha fazla değiştiği (50 mikrogram) kaydedildi. Metrik olmayan diğer tüm ağırlık birimleri de kilograma göre belirlendiği için (0.453559237 kg’ın 1 pound olması kararlaştırılmıştır) kg’ın sabit kalması herkes açısından önemli bir konu. İçinde tutulduğu fanusların vakumlu ortamında ve tüm kontrol şartlarına rağmen bu değişim nasıl ve neden olduğu tam olarak çözülebilmiş değil ancak dünya sürekli tanımı değişen bir ‘standard birim’ kullanamayacağı için yeni formüller arandı. Silikon küre bu sorunu moleküler yapı ile çözdü ve ağırlığın ne olduğu sabit atom sayısına bağlandı.
Metre de benzer süreçler geçirdi sıra Kelvin ve Amperde
Bir metre olarak bildiğimiz standart uzunluk birimi ilk olarak Kuzey Kutbu’ndan Ekvator’a kadar olan mesafenin 10 milyonda biri olarak tanımlandı. Ancak bugün vakumlu ortamda ışığın belli bir sürede kat ettiği mesafe ile tanımlanıyor. Işık değeri kelvin ve elektrik akım şiddeti amper için de benzer şekilde evrensel sabitler belirlenecek ve 20 Mayıs 2019’dan itibaren geçerli olacak. Bu farklılıklar metroloji dünyasının dışında insanların günlük hayatında hissedilmeyecek ancak bilimsel çalışmalar ve özellikle uzay projelerinde önemli olacak.
Kaynak: https://www.theguardian.com/science/2018/nov/09/in-the-balance-scientists-vote-on-first-change-to-kilogram-in-century