أدوات استشعار ثورية مستوحاة من حرير العنكبوت

صديقة للبيئة وتوظف للمراقبة الصحية المتواصلة

أدوات استشعار ثورية مستوحاة من حرير العنكبوت
TT

أدوات استشعار ثورية مستوحاة من حرير العنكبوت

أدوات استشعار ثورية مستوحاة من حرير العنكبوت

ابتكر باحثون في جامعة كمبريدج طريقة رائدة لإنشاء أدوات استشعار قابلة للتكيف وصديقة للبيئة يمكن طباعتها بشكل غير محسوس على مجموعة متنوعة من الأسطح البيولوجية... من جلد الإنسان إلى بتلات الزهور الحساسة.

أدوات استشعار عنكبوتية

وهذه الأدوات مستوحاة من خصائص اللصق المتكيفة لحرير العنكبوت. وتشتمل هذه المستشعرات، التي يشار إليها باسم مستشعرات «حرير العنكبوت»، على إلكترونيات حيوية لتوفير قدرات استشعار متعددة الاستخدامات. وتتميز أليافها، التي تكون أرق بـ50 مرة على الأقل من شعرة الإنسان، بأنها خفيفة الوزن بشكل استثنائي. ويتيح ذلك طباعتها مباشرة على الهياكل الحساسة مثل رأس بذور الهندباء دون التسبب في أي ضرر.

وعند تطبيقها على جلد الإنسان، تتكيف مستشعرات الألياف مع سطح الجلد وتكشف مسام العرق، ما يجعلها غير قابلة للاكتشاف تقريباً لمرتديها. تشير الاختبارات التي أجريت على أصابع الإنسان إلى إمكانية استخدامها أدواتٍ للمراقبة الصحية المتواصلة.

يمكن لهذه الطريقة المبتكرة ومنخفضة الانبعاثات أن تحدث ثورة في مجالات مثل الرعاية الصحية، والواقع الافتراضي، والمنسوجات الإلكترونية، والرصد البيئي.

وقد عرضت نتائج الابتكار في مجلة «Nature Electronics». على الرغم من الحساسية الملحوظة التي يتمتع بها جلد الإنسان، فإن دمجه مع أجهزة الاستشعار الإلكترونية يمكن أن يغير تفاعلنا مع البيئة.

على سبيل المثال، يمكن لأجهزة الاستشعار المطبوعة مباشرة على الجلد أن تمكننا من المراقبة الصحية المستمرة، أو تعزيز فهمنا لأحاسيس الجلد، أو رفع مستوى الواقعية في تطبيقات الألعاب والواقع الافتراضي.

غالباً ما تكون التقنيات القابلة للارتداء الحالية والمزودة بأجهزة استشعار مدمجة، مثل الساعات الذكية، غير مريحة ومزعجة، ما يعيق الأحاسيس الطبيعية للبشرة. وقال البروفسور يان يان شيري هوانغ من قسم الهندسة في كمبريدج، الذي قاد البحث: «إذا كنت تريد أن تستشعر بدقة أي شيء على سطح بيولوجي مثل الجلد أو ورقة الشجر، فإن الواجهة بين الجهاز والسطح أمر حيوي... نريد أيضاً إلكترونيات حيوية غير محسوسة تماماً للمستخدم، بحيث لا تتداخل بأي شكل من الأشكال مع كيفية تفاعل المستخدم مع العالم، ونريدها أن تكون مستدامة ومنخفضة النفايات».

استشعار بيولوجي

والمعروف أن الأساليب الحالية لصنع أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء لها قيود كبيرة؛ إذ تُطبع الإلكترونيات المرنة عادة على أغشية بلاستيكية تمنع الغازات والرطوبة، على غرار تغليف الجلد بالبلاستيك. ولا تزال التطورات الحديثة في مجال الإلكترونيات المرنة، والتي تشبه الجلود الاصطناعية، تتداخل مع الإحساس الطبيعي، وتعتمد على عمليات التصنيع كثيفة الاستهلاك للطاقة والنفايات. ومن جهتها توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد بديلاً أقل إهداراً للإلكترونيات الحيوية، ولكنها تؤدي إلى أجهزة أكثر سمكاً يمكن أن تعيق الوظيفة الطبيعية. أما غزل الألياف الإلكترونية فيمكن أن ينتج أجهزة غير محسوسة، إلا أنها تفتقر إلى الحساسية العالية والتعقيد ويصعب نقلها إلى الجسم المستهدف.

وتعد أجهزة الاستشعار الجديدة التي طورها فريق كمبريدج بالتغلب على هذه القيود، مما يوفر حلاً مستداماً وحساساً وسهل الاستخدام لمجموعة واسعة من التطبيقات.


مقالات ذات صلة

تضارب الآراء في «الفيدرالي» بشأن وتيرة خفض الفائدة

الاقتصاد مبنى «الاحتياطي الفيدرالي» في واشنطن (رويترز)

تضارب الآراء في «الفيدرالي» بشأن وتيرة خفض الفائدة

لم يكن هناك إجماع كامل في «الاحتياطي الفيدرالي» عندما صوت الأسبوع الماضي لتخفيض أسعار الفائدة بمقدار نصف نقطة مئوية، حيث اعترض صانع سياسة واحد.

«الشرق الأوسط» (واشنطن )
يوميات الشرق أصابع روبوتية تعيد حاسة اللمس للمصابين بفقدان الإحساس

أصابع روبوتية تعيد حاسة اللمس للمصابين بفقدان الإحساس

تمكن باحثون في جامعة كلية لندن (UCL) من تحقيق اختراق علمي جديد قد يُحدِث تحولاً كبيراً في علاج الأشخاص الذين يعانون فقدان حاسة اللمس، مثل مرضى متلازمة النفق…

«الشرق الأوسط» (لندن)
تكنولوجيا علماء ينجحون في جعل جلد الفئران شفافاً باستخدام صبغة «تارترازين»

إنجاز علمي... تقنية تجعل الجلد شفافاً

في إنجاز علمي مبتكر نجح فريق من الباحثين بقيادة عالم المواد زيهاو أو من جامعة ستانفورد بتطوير تقنية تجعل أجزاء من جلد الفئران الحية شفافة.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم رسم تخيلي لديناصورين

دراسة: كويكب كربوني من أطراف النظام الشمسي هو الذي قضى على الديناصورات

تحول الكويكب بفعل الاصطدام إلى غبار تناثر في جميع أنحاء العالم، وما زال موجودا في طبقة طينية في العالم ترسبت في أعقاب ذاك اليوم العصيب.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)
يوميات الشرق يمكن أن يسهّل التعرف المبكر على المرضى الذين من المرجح أن يتقدموا بسرعة العلاج في الوقت المناسب والمراقبة الدقيقة (شاترستوك)

لماذا يخلط الناس بين الأسماء؟

يتذكر الدماغ المعلومات عن طريق ربط البيانات الجديدة بالمعلومات الموجودة ذات المعنى أو السياق المشابه، وهذا يجعل الأسماء الخاصة أصعب في التعلم.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)

الصراع الجيني وتأثيراته على سلوك الإنسان

الصراع الجيني وتأثيراته على سلوك الإنسان
TT

الصراع الجيني وتأثيراته على سلوك الإنسان

الصراع الجيني وتأثيراته على سلوك الإنسان

غالباً ما يعتقد البشر بأنهم يسيطرون بشكل كامل على قراراتهم وسلوكهم، لكن جيناتهم تلعب دوراً مهماً في تشكيل طريقة تفكيرهم وتصرفاتهم، وغالباً ما يكون ذلك خارج نطاق إدراكهم الواعي.

أبحاث جديدة

منذ الخمسينات من القرن الماضي ركّز العلماء على تأثير الجينات على الصحة البدنية ما أدى إلى ظهور الطب الدقيق والرعاية الصحية الأكثر تخصيصاً، ومع ذلك فإن دور الجينات في تشكيل علم النفس البشري لم يحظ باهتمام كبير.

وحديثاً، ظهر بحثان جديدان عن تأثير الجينات على الاضطرابات النفسية والسلوك البشري. وقد ركّز البحث الأول على مفهوم نظرية الصراع الجيني وآثاره المحتملة على علم النفس، وقد نشرته الدكتورة جيسيكا آيرز بقسم العلوم النفسية في جامعة بويسي بولاية أيداهو بالولايات المتحدة في مجلة «The Conversation» في 24 يوليو (تموز) 2024، وتناول كيفية تأثير الجينات على علم النفس والسلوك البشري، وخاصة من خلال نظرية الصراع الجيني.

ما نظرية الصراع الجيني؟

تقترح نظرية الصراع الجيني أنه في حين تعمل جيناتنا معاً لجعلنا كما نحن، فإنها تحتفظ بعلامات مميزة من أُمنا أو أبينا، ويمكن أن تتسبب هذه العلامات في تعاون الجينات أو صراعها مع بعضها بعضاً أثناء النمو والتطور، ويكون هذا الصراع أكثر وضوحاً أثناء الحمل عندما يكون لدى الجينات الأمومية والأبوية استراتيجيات متنافسة لنمو الجنين.

وتهدف الجينات الأمومية غالباً إلى الحفاظ على الموارد لصحة الأم والحمل المحتمل في المستقبل. ومن ناحية أخرى تدفع الجينات الأبوية الجنين إلى أخذ أكبر قدر ممكن من الموارد من الأم. وعندما تفشل هذه الجينات في إيجاد التوازن، فقد يؤدي ذلك إلى نتائج سلبية، مثل الإعاقات الجسدية أو العقلية لدى الطفل أو حتى الإجهاض.

الصراع الجيني وعلم النفس

تتأثر معظم السمات النفسية، مثل الشخصية، واضطرابات المزاج والسلوك بكثير من الجينات. وعلى سبيل المثال يتأثر الاكتئاب بنحو 200 جين، في حين تلعب العوامل البيئية، مثل ضغوط الحياة أيضاً، دوراً مهماً. وهذا التعقيد يجعل من الصعب تحديد تأثير أي جين واحد، أو تحديد ما إذا كان قد جاء من الأم أو الأب.

وعلى الرغم من هذه التحديات، فإن دراسة الصراع الجيني يمكن أن تقدم رؤى جديدة حول كيفية تأثير بيولوجيتنا على سلوكنا، فعلى سبيل المثال، درس الباحثون اضطرابين وراثيين، وهما متلازمة برادر ويلي Prader - Willi syndrome ومتلازمة أنجلمان Angelman syndrome اللتان تنشآن من الشذوذ الجيني نفسه، ولكنهما تختلفان من حيث أي جين من الوالدين نشط. وتوضح هاتان المتلازمتان كيف يمكن للصراع الجيني أن يشكل السمات النفسية.

متلازمتا برادر ويلي وأنجلمان

وتنتج متلازمتا برادر ويلي وأنجلمان عن غياب جين وظيفي على الكروموسوم 15، ومع ذلك إذا كان جين الأم نشطاً بينما يكون جين الأب مفقوداً، فإن ذلك يؤدي إلى متلازمة برادر ويلي. أما إذا كان جين الأب نشطاً بينما يكون جين الأم غائباً، فإن ذلك يؤدي إلى متلازمة أنجلمان.

وترتبط متلازمة أنجلمان بالابتسام والضحك المتكرر والرغبة القوية في التفاعل الاجتماعي، ومن المرجح أن يزيد هذا السلوك من فرص الفرد في تلقي الرعاية والدعم من الآخرين.

وعلى النقيض من ذلك ترتبط متلازمة برادر ويلي بالقلق ونوبات الغضب والصعوبات الاجتماعية، وتخلق هذه السلوكيات المزيد من المطالب على الأم في وقت مبكر من حياة الطفل، مما يؤخر حالات الحمل في المستقبل، وبالتالي يزيد من وصول الطفل إلى موارد الوالدين.

الجينات والسلوك

تسلط دراسة هاتين المتلازمتين الضوء على كيفية تأثير الصراع الجيني ليس فقط على النمو البدني، ولكن أيضاً على علم النفس والسلوك، إذ يُظهِر الأطفال المصابون بمتلازمتي أنجلمان أو برادر ويلي أنماطاً مميزة من السلوك الاجتماعي والمزاج والصحة العقلية التي تعكس الصراع الأساسي بين الجينات الأمومية والأبوية.

ومن خلال النظر في الصراع الجيني في البحث النفسي يمكننا اكتساب فهم أعمق لكيفية تأثير بيولوجيتنا على السلوكيات الاجتماعية، والتعلق واستجابات الإجهاد والشخصية، حيث تبدأ العلاقة بين الجينات الأبوية، واحتياجات الموارد في الرحم، وتستمر في التأثير على السلوك طوال الحياة.

بحث نظري متميز

وعلى الرغم من أن البحث لا يزال نظرياً إلى حد كبير، فإن دمج نظرية الصراع الجيني في علم النفس يوفر طريقاً واعدة لفهم الجذور البيولوجية للسلوك البشري. ومن خلال استكشاف آثار الصراع الجيني قد يكتشف الباحثون طرقاً جديدة لفهم وعلاج الاضطرابات النفسية مما يساعد في تفسير سبب تطوير الأفراد لسلوكيات معينة وحالات الصحة العقلية بناءً على تركيبتهم الجينية الفريدة.

آليات وراثية خفية للاضطرابات النفسية

وفي البحث الثاني كشفت دراسة حديثة للدراسات الجينية عن طبقة مخفية من التعقيد في الطريقة التي تسهم بها الجينات في الاضطرابات النفسية، مثل الفصام والاضطراب ثنائي القطب والاكتئاب.

تأثير على استقرار الجيناتوتسلط الدراسة التي نُشرت في مجلة «Genomic Psychiatry» في 18 يوليو 2024 الضوء على دور البولي أدينيل البديل alternative polyadenylation (APA) - في تغيير جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال (mRNA) في عملية تؤثر على التعبير الجيني. وينقل هذا الحمض المرسال عادة الرسائل من الحمض النووي «دي إن إيه» إلى الحمض النووي الريبوزي (آر إن إيه).

وتؤثر عملية «البولي أدينيل البديل» هذه على استقرار الجينات. وهذا ما يضيف عمقاً جديداً لفهم الاضطرابات النفسية.

ويغير «البولي أدينيل البديل»، وهو مركب بيولوجي، المنطقة غير المترجمة من الحمض النووي الريبي المرسال (أي المنطقة التي لا تصلها معلومات من المرسال كافية لإنتاج البروتين)، ما يؤثر على إنتاج البروتين، وتثبيته داخل الخلايا.

وقد حددت الدراسة أنماط «البولي أدينيل البديل» في 286 جيناً مرتبطاً بالاضطرابات النفسية، منها 60 إلى 65 في المائة لم تكن مرتبطة سابقاً بهذه الحالات من خلال آليات وراثية أخرى.

المسارات داخل الخلايا

وغالباً ما تشارك الجينات المتأثرة بالبولي أدينيل البديل في الاضطرابات النفسية في النقل داخل الخلايا وتحديد موقع الخلايا، ما يشير إلى أنه قد يؤثر ذلك على كيفية نقل البروتينات داخل الخلايا العصبية. وقد يؤدي هذا إلى اضطرابات في وظائف المخ التي تعد بالغة الأهمية للصحة العقلية.

وقد يؤدي فهم كيفية تأثير البولي أدينيل البديل على المخاطر النفسية إلى علاجات أكثر استهدافاً تعالج الأسباب الجذرية الجزيئية لحالات الصحة العقلية. وقد يساعد ذلك في تفسير سبب إصابة بعض الأفراد الذين لديهم استعدادات وراثية باضطرابات نفسية، بينما لا يصاب بها آخرون، ما يوفر رؤى جديدة حول التعقيدات الجينية وراء هذه الحالات.

الاتجاهات المستقبلية

في حين تمثل هذه النتائج خطوة كبيرة إلى الأمام، فإن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم دور البولي أدينيل البديل بشكل كامل في الاضطرابات النفسية. ويأمل الباحثون أن يمهد هذا البحث الطريق لأدوات تشخيصية وعلاجات جديدة مصممة خصيصاً للآليات الجينية والجزيئية المشاركة في حالات الصحة العقلية.

وأكدت الدكتورة ميشيل باف المؤلفة الأولى بقسم جراحة الأعصاب بجامعة كاليفورنيا بالولايات المتحدة أن البولي أدينيل البديل يمكن أن يكون «الحلقة المفقودة» في علم الوراثة النفسية، ما يوفر وجهات نظر جديدة حول كيفية تنظيم الجينات، وكيف يؤثر هذا التنظيم على خطر الإصابة بالأمراض. وخلص المؤلف الرئيسي الدكتور شيانغ مين شو أستاذ علم التشريح وعلم الأعصاب بجامعة كاليفورنيا إلى أن هذا الخط من البحث يمكن أن يسرع بشكل كبير من تطوير نتائج أفضل للأفراد الذين يعانون من اضطرابات نفسية.