Ste tudi vi 14. januarja letos občutili valovanje prostora in časa? Če ste dogodek zgrešili, naj vas ne skrbi; interferometra LIGO in Virgo sta valovanje prostora zabeležila. Zemljo so tistega dne prečkali gravitacijski valovi, ki izvirajo iz trka oddaljenih črnih lukenj. Na podlagi teh meritev je mednarodna raziskovalna skupina v nedavnem članku predstavila prve konkretne dokaze za obstoj vrtečih se črnih lukenj.

Gravitacijski valovi so valovanje prostora in časa. Sama amplituda valovanja je običajno tako majhna, da raztezanja prostora ne moremo zaznati niti z zelo natančnimi inštrumenti, razen v primeru trkov masivnih kompaktnih objektov, kot so črne luknje in nevtronske zvezde. Trk se sprva odvija počasi: dva masivna objekta, vsak z maso več Sonc, krožita en okoli drugega in se približujeta. Medsebojna razdalja se krči, dokler ne trčita. Tik pred trkom sta objekta na tako kratki razdalji, da lahko v eni sekundi izvedeta eno ali več orbit. Tako hitro kroženje masivnega objekta povzroči hitro spreminjanje gravitacijskega polja, kar zaznamo kot gravitacijske valove.

Neznanska količina energije, ki se pri trku sprosti, povzroči, da končna črna luknja rahlo niha, kar opazimo kot izzvenevanje gravitacijskih valov. Izzvenevanje zaznamo kot hitro padajoč signal, ki nosi pomembne podatke o strukturi črne luknje, predvsem zato, ker je odvisen od njenega spina. Po splošni teoriji relativnosti so črne luknje preprosti objekti, ki jih lahko popolnoma opišemo s tremi lastnostmi: maso, električnim nabojem in spinom. Na podlagi teh parametrov lahko zgradimo numerično simulacijo izzvenevanja črne luknje in tako določimo njene lastnosti.

Interferometri so trenutno edine naprave, s katerimi lahko izmerimo gravitacijske valove. Vsak interferometer je sestavljen iz dveh več kilometrov dolgih rok, ki oblikujeta črko L. Vzdolž vsake roke sveti laser, zrcala na obeh koncih roke pa več stokrat odbijejo njegov žarek. Tako žarek v roki prepotuje približno tisoč kilometrov. Dolgo optično pot potrebujemo, ker je amplituda gravitacijskih valov neznatna. V tisočih kilometrih povzročijo raztezek prostora za približno eno stotisočinko premera protona.

Skupina je izvedla Fourierovo analizo signala z interferometrov. V analizo so vključili tako signal gravitacijskih valov tik pred trkom in signal izzvenevanja črne luknje tik po trku. Meritve so izjemne zaradi doslej daleč najboljšega razmerja med signalom in šumom. To omogoča zaznavo ne zgolj osnovne frekvence izzvenevanja, ampak tudi njenih mnogo šibkejših, višjih harmonskih komponent. Na ta način so lahko natančneje omejili možno vrtilno količino črne luknje. Frekvenci sta z visoko gotovostjo skladni z numeričnim in teoretičnim modelom vrteče črne luknje. Ustrezata osnovni kvadrupolni frekvenci in njeni prvi harmoniki.

Raziskava je velik uspeh za kozmologijo, saj je to prvi trk črnih lukenj, izmerjen z dovoljšnjo natančnostjo, da je mogoče poleg dominantne, osnovne frekvence opaziti tudi druge. Posledično je to tudi prva natančna meritev spina črna luknje, s čimer študija kot prva zanesljivo potrdi, da v našem vesolju obstajajo vrteče se črne luknje.

//////////////////////////////////////////////

Čeprav je trenutno o reorganizaciji možganov po amputaciji uda prisotnih več uveljavljenih teorij, marsičesa še ne vemo. Raziskovalci z ameriškega nacionalnega inštituta za zdravje so v študiji s pomočjo funkcijske magnetne resonance analizirali vzorec možganske aktivnosti pred in po amputaciji roke pri treh pacientih. Konec avgusta so v reviji Nature Neuroscience objavili članek, v katerem so ugotovili, da se možgani po amputaciji ne reorganizirajo, kot je bilo splošno sprejeto do sedaj.

Raziskovanje organizacije v somatosenzoričnem korteksu je pomembno, ker nam pomaga izboljšati dosedanje razumevanje pojava fantomske bolečine. Fantomska bolečina je neprijeten in boleč občutek na mestu, kjer posameznikom amputirajo del telesa. Nastane zaradi sprememb v živčnem sistemu. Bolečina je lahko prisotna tudi celo življenje. 

Motorična skorja je predel možganov, ki je odgovoren za načrtovanje in izvajanje giba. V njej se nahajajo nevroni, ki natančno uravnavajo gibanje vseh mišic po telesu, zato je pomembno, da je dobro organizirana. Kortikalne strukture v možganih, natančneje v motorični skorji, so odgovorne za načrtovanje in izvajanje giba ter predstavo o poziciji različnih delov telesa. Takšno organizacijo motorične skorje poznamo tudi pod imenom homunkulus.

Do sedaj je v nevroznanosti veljajo, da se po amputaciji uda reprezentacija telesa v možganih močno spremeni. V omenjeni študiji pa so pokazali, da vzorec možganske aktivnosti tudi pet let po amputaciji ostane skorajda enak. To so ugotovili s pomočjo statistične analize slik možganov, ki so jih posneli z metodo funkcijskega slikanja. Pri tem so analizirali aktivnosti na najmanjšem tridimenzionalnem področju možganskega tkiva, vokslu. S pomočjo funkcijskega slikanja in statističnih metod je mogoče ugotoviti, kateri voksli v možganih so aktivni v danem trenutku. 

V študiji so raziskovalci udeležence pred in po amputaciji prosili, naj premikajo prste na rokah in ustnice, pri čemer so merili aktivnost v možganih. Ustnice so služile kot kontrola – v motorični skorji so namreč nevroni, ki predstavljajo ustnice, anatomsko blizu nevronov, ki predstavljajo prste na rokah. Do sedaj so nevroznanstvenice mislile, da anatomsko sosednji nevroni nadomestijo tiste, ki so bili povezani z amputiranim udom. Meritve so v študiji ponovili tri in šest mesecev po amputaciji ter eno leto in pol in šest let po amputaciji. Pred amputacijo so torej udeleženci premikali prste na roki, po amputaciji pa so jih prosili da premikajo prste na fantomskem udu. 

Raziskava nam poda zanimiv vpogled v organizacijo motorične skorje po amputaciji, saj je bila izvedena z longitudinalnim pristopom, ki sloni na spremljanju istih posameznikov skozi daljše časovno obdobje. V predhodnih študijah so bili večinoma primerjani različni posamezniki ob istem času. Prav tako je dolgo časa veljalo, da izguba senzomotoričnih vhodov vodi do reorganizacije homunkulusa. Ta študija kaže, da možgani ohranijo enak model telesa kljub temu, da iz amputiranih udov ne prejemajo nobenih informacij več. Motorična skorja ni samo pasivni prejemnik informacij iz okolja, ampak lahko ohranja top-down [tóp daun] organizacijo tudi v primeru izgube dela telesa.

Zoffo sta pripravila Oskar in Gloria.