Супер текучая вода: Как правильно плавать в сверхтекучей жидкости / Хабр

Как правильно плавать в сверхтекучей жидкости / Хабр

Как мы знаем, любое плывущее в жидкости тело рано или поздно остановится за счет сил вязкого трения, если его движение не поддерживается каким-нибудь двигателем. Но есть жидкости, называемые сверхтекучими, в которых вязкое трение отсутствует^(*). Самый известный пример сверхтекучей жидкости – это жидкий гелий, охлажденный, как минимум, до 2.17 градусов выше абсолютного нуля температуры.

Движение при полном отсутствии вязкости проявляется во многих впечатляющих эффектах: сверхтекучий гелий легко протекает через самые узкие щели и трещины, способен бесконечно течь по кругу^(**) и вытекать из сосуда через тончайшую жидкую пленку, налипшую на его стенки. Все эти явления – примеры крупномасштабных квантовых эффектов.

В недавней теоретической статье был рассмотрен вопрос: можно ли плавать в сверхтекучей жидкости? Иными словами, может ли гипотетический пловец, двигая руками и ногами, создавать силу тяги, позволяющую ему разгоняться или замедляться, не задействуя силы вязкого трения?

Осознать нетривиальность ответа на этот вопрос можно, рассматривая поведение нормальной и сверхтекучей жидкостей при взаимодействии с телами. Как показано на рисунке, нормальную жидкость можно заставить двигаться, как толкая ее поверхностью твердого тела, так и увлекая ее за собой за счет сил вязкого трения. В сверхтекучей жидкости последнее не получится: трение в ней отсутствует, и ее можно только толкать, что, как мы увидим, делает невозможным некоторые способы плавания.

Для анализа общих принципов физических явлений принято рассматривать простые модели «сферических коней в вакууме». Обсуждаемая статья не является исключением: в ней были рассмотрены двухтельный и трехтельный модельные «пловцы», представляющие собой два и три эллипсоида, соединенных «суставами». Пловцы могут двигать своими эллипсоидами, сгибая и разгибая суставы. Если у пловца получится отталкиваться от окружающей жидкости, он создаст силу тяги и начнет двигаться.

Двухтельный пловец похож на двустворчатого моллюска и может пытаться плыть, периодически изменяя угол между своими эллипсоидами подобно машущей крыльями бабочке. Однако расчеты показывают, что плыть у него не получится: при взмахах пловец перемещается вперед и назад, но в среднем остается на месте (здесь можно посмотреть видео его незамысловатых движений).

Наверху: профиль плотности сверхтекучей жидкости в разные моменты времени. Синие участки, откуда жидкость выталкивается – это эллипсоиды двухтельного пловца.
Внизу: координата пловца как функция времени.

Можно провести параллели между этим результатам и теоремой Пёрселла о морском гребешке (Purcell’s scallop theorem). Эта важная теорема теории плавания гласит, что двустворчатый моллюск, медленно открывающий и закрывающий свою раковину в вязкой жидкости, не будет никуда плыть, коль скоро его движения будут обратимы во времени. Последнее означает, что периодические открывания и закрывания створок раковины не меняют свой вид при запуске времени в обратном направлении (можно представить себе видеоролик, выглядящий просмотре задом наперед точно так же, как при нормальном воспроизведении). В нашем случае жидкость не имеет вязкости, и работает не сама теорема Пёрселла, а ее аналог для сверхтекучей жидкости.

Рисунок из доклада Эдварда Пёрселла (лауреата Нобелевской премии по физике в 1952 году).

Ситуация меняется, когда двухтельный пловец начинает размахивать своими эллипсоидами с большей частотой. Если скорость их движения превышает скорость звука в жидкости, начинают испускаться звуковые волны и вихри^(***). Эти возбуждения уносят с собой некоторый импульс, который, за счет отдачи, заставляет пловца двигаться. На рисунке видно, что в этом случае его координата хоть и колеблется, но с течением времени в целом уменьшается, а это значит, что пловец движется справа налево. После десяти колебаний (справа от пунктирной линии на графике) взмахи створками прекращаются, и пловец продолжает двигаться по инерции (видео).

Можно попробовать и другой тип движения пловца, когда его створки смыкаются и раздвигаются не только в правом направлении, а попеременно в двух направлениях. Такие симметричные движения похожи на взмахи крыльев бабочки. Расчеты показывают, что при этом возбуждается много квантованных вихрей (они видны на рисунке как маленькие кружочки), но, в целом, плавание не очень эффективно. Причина в том, что возбуждается примерно одинаковое количество вихрей, движущихся как вправо, так и влево, и уносимые ими импульсы в значительной мере компенсируют друг друга (видео).

Рассмотрим теперь трехтельного пловца. Перед двухтельным у него есть важное преимущество: он может извиваться, совершая змеевидные движения, которые не переходят сами в себя при обращении времени. А значит, теорема Пёрселла к нему неприменима, и он должен плыть даже при медленных движениях. Приведенные на рисунке расчеты подтверждают эту догадку: при извивающихся движениях пловец уверенно продвигается по горизонтали, при этом немного смещаясь и по вертикали (видео).

Наверху: профиль плотности сверхтекучей жидкости в разные моменты времени. Синие участки, откуда жидкость выталкивается – это эллипсоиды трехтельного пловца.
Внизу: горизонтальная (X) и вертикальная (Y) координаты пловца как функции времени.

Какое применение можно найти полученным результатам? Казалось бы, задача о плавании в сверхтекучей жидкости не особо актуальна на практике, но есть одна область, где она может быть полезной. В последнее время активно развиваются эксперименты с бозе-конденсацией и сверхтекучестью ультрахолодных атомных газов, с которыми связывают большие планы по созданию квантовых симуляторов, квантовых компьютеров и экспериментальному моделированию экзотических состояний материи. В таких системах можно создавать сгустки сверхтекучего газа одного вида, погруженные в сверхтекучий газ другого вида. Если мы сможем деформировать сгусток так, как нам нужно (а это можно делать с помощью лазерных лучей), то можно будет заставить этот сгусток плыть, отталкиваясь от окружающего газа. На рисунке показаны расчеты, демонстрирующие такую возможность: когда изменения формы сгустка не являются обратимыми во времени, ему действительно удается двигаться (видео).

Итак, мы видим, что плавать в сверхтекучей жидкости нужно с умом: теорема Пёрселла гарантирует, что мы не сможем плыть, если наши движения руками и ногами будут совпадать с самими собой при проигрывании в обратном направлении. Чтобы начать перемещаться, нам нужно будет либо двигаться быстрее звука (что проблематично), либо извиваться подобно змее, нарушив обратимость движений во времени. Эти выводы хорошо знакомы плавающим в вязкой жидкости микроорганизмам: для того, чтобы обойти теорему Пёрселла, им приходится использовать спирально вращающиеся жгутики, являющиеся аналогами рассмотренного здесь трехтельного пловца.

По материалам статьи:

Hiroki Saito, Can We Swim in Superfluids?: Numerical Demonstration of Self-Propulsion in a Bose–Einstein Condensate, Journal of the Physical Society of Japan 84, 114001 (2015).

^(*)На самом деле, это не совсем так: любая реальная сверхтекучая жидкость может быть представлена как совокупность «нормальной» и сверхтекучей компонент (двухжидкостная модель), и нормальная компонента будет по-прежнему замедлять движущееся тело. Однако это не мешает сверхтекучей компоненте двигаться полностью без трения.

^(**)На практике круговой поток сверхтекучего гелия может затухать, но не из-за вязкости, а за счет квантовомеханического процесса – проскальзывания квантованных вихрей. В экспериментах не наблюдалось никакого заметного затухания в течение 18 часов.

^(***)Возникающие в сверхтекучей жидкости вихри – это не просто вихри наподобие маленьких торнадо, а квантованные топологические возбуждения. В отличие от обычных вихрей, они не могут просто исчезнуть за счет постепенного затухания потока.

Прикормка MINENKO на карася, леща, плотву : MINENKO

Прикормка MINENKO на карася, леща, плотву

Евгений Гуков готов поделиться своими секретами и общими рекомендациями по использовании прикормок MINENKO для ловли фидером и дальним забросом, основанные на личном опыте по временам года.

Летнее время года

Летом, за счет большей активности рыбы и теплой воды, создается гораздо больший простор для творчества и создания интересных миксов! В тёплое время, мои фавориты, это серии PRO SPORT и SUPER COLOR.

На карася в стоячей воде:

• SUPER COLOR Карась зеленый 1кг
• SUPER MIX Карась 1кг
• PRO SPORT Карась 0,5кг
• PRO SPORT Матч 0,5кг
• Super Aroma Карась 300мл

Нейтральная по цвету смесь с ярким «карасёвым» ароматом и длительным временем работы.

На карася в текучей воде:

• SUPER COLOR Карась красный 1кг
• SUPER MIX Карась 0,5кг
• PRO SPORT Карась 0,5кг
• PRO SPORT Фидер 1кг
• Super Aroma Карась 300мл

Большая липкость и красный оттенок смеси в отличие от варианта для стоячей воды.

На леща в стоячей воде:

• SUPER COLOR Лещ красный 1кг
• SUPER MIX Лещ 1кг
• PRO SPORT Лещ 0,5кг
• PRO SPORT Матч 0,5кг
• Super Aroma Лещ 300мл
• Грунт чёрный увлажненный 1,5л
• PMbaits Carp Strawberry 100гр
• PMbaits Carp Honey 100гр

Липкая, инертная прикормка со «сладким» ароматом и «вкусными» крупными частицами.

На леща в текучей воде:

• SUPER COLOR Лещ жёлтый 1кг
• FEEDER Лещ 1кг
• PRO SPORT Фидер 0,5кг
• Super Aroma Лещ 400мл
• Грунт жёлтый увлажненный 1,5л
• PMbaits Carp Strawberry 100гр
• PMbaits Carp Honey 100гр

Липкая, более крупнофракционная, инертная прикормка со «сладким» ароматом и «вкусными» крупными частицами.

На плотву в стоячей воде:

• SUPER COLOR Плотва красная 1кг
• SUPER MIX Плотва 1кг
• PRO SPORT Плотва 1кг
• BASE COMPETITION Black 0,5кг
• SPECIAL Гейзер 0,5кг
• Super Aroma Плотва 300мл

Активная, мелкофракционная, сильноароматизированная смесь для плотвы.

На плотву в текучей воде:

• SUPER COLOR Плотва красная 1кг
• FEEDER Плотва 1кг
• PRO SPORT Плотва 1кг
• Грунт чёрный увлажненный 1,5л
• Super Aroma Плотва 300мл

Активная, но вместе с тем липкая плотвиная прикормка.

Холодное время года

Холодное время года – я предпочитаю темные смеси в большинстве случаев, это помогает не отпугнуть неактивную «зимнюю» рыбу. Поэтому, в особом почете в холода у меня серия COOL WATER. Несколько проверенных годами рецептов:

На карася в стоячей воде:

• COOL WATER Карась 1кг
• BASE COMPETITION Black 1кг
• Грунт чёрный увлажненный 3л
• Animals in bottles Гаммарус 200мл

Такой смесью я не раз ловил карася осенью, практически до самого ледостава – инертная, темная прикормка некрупной фракции с несильным, но «правильным» ароматом.

На карася в текучей воде:

• COOL WATER Карась 1кг
• Super Color Карась черный 1кг
• Грунт чёрный увлажненный 1,5л
• Грунт жёлтый увлажненный 1,5л
• Animals in bottles Гаммарус 200мл
• PMbaits Carp Mussel 100гр
• PMbaits Carp Red Spice 100гр

Такая прикормка будет иметь более крупную фракцию, без пыли, (плюс отдельные крупные частицы, выделяющиеся на дне размером, цветом, ароматикой) и, повышенную липкость.

На леща в стоячей воде:

• COOL WATER Лещ 1кг
• UNIVERSAL Зимняя 0,5кг
• Грунт чёрный увлажненный 4,5л
• Animals in bottles Мотыль 200мл
• Живой компонент (мотыль, червь) 50-100гр

Сладкая лещёвая прикормка с большим содержанием грунта и немного живности – вот и все, что мне бывает нужно, когда лещ клюет в холодное время года!

На леща в текучей воде:

• COOL WATER Лещ 1кг
• FEEDER Лещ 0,5кг
• Грунт чёрный увлажненный 1,5л
• Грунт жёлтый увлажненный 1,5л
• Animals in bottles Мотыль 200мл
• Живой компонент (мотыль, червь) 50-100гр
• PMbaits Carp Strawberry 100гр

Немного прикормки, немного грунта, чуть-чуть ароматики с живностью и горсть крупных частиц – лещёвая прикормка для течения готова!

На плотву в стоячей воде:

• COOL WATER Плотва 1кг
• PRO SPORT Плотва 0,5кг
• SPECIAL Гейзер 0,5кг
• Грунт чёрный увлажненный 1,5л
• Super Aroma Плотва 150мл

Ароматная, достаточно активная тёмная прикормка мелкой фракции, в глухозимье количество прикормки можно сократить и добавить 50гр мелкого мотыля.

На плотву в текучей воде:

• COOL WATER Плотва 1кг
• FEEDER Плотва 0,5кг
• UNIVERSAL Зимняя 0,5кг
• Грунт чёрный увлажненный 3л
• Super Aroma Плотва 200мл

Это один из «речных» вариантов плотвиной прикормки в холода.

Это рабочие рецепты смесей, которыми я пользуюсь на соревнованиях и обычных рыбалках. Но любой из этих рецептов можно изменять под конкретные условия именно Вашей рыбалки! Удачного творчества!

Увидимся на рыбалке,

Евгений Гуков,

MINENKO TEAM

Ученые создали крошечные сверхтонкие слои проточной воды, мерцающие, как мыльные пузыри

Ученые создали крошечные сверхтонкие слои проточной воды, мерцающие, как мыльные пузыри

Опубликовано: 27 апреля 2018 г.

( Nanowerk News ) Вода является важным компонентом жизни, какой мы ее знаем, она составляет более половины тела взрослого человека и до 90 процентов некоторых других живых существ. Но ученые, пытающиеся исследовать крошечные биологические образцы с определенными длинами волн света, не смогли наблюдать их в их естественной водной среде, потому что вода поглощает слишком много света.

Теперь есть способ обойти эту проблему: команда под руководством ученых из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики превратила крошечные жидкие струи, которые переносят образцы на пути рентгеновского луча, в тонкие, сыпучие листы, в 100 раз тоньше, чем любые произведенные ранее. Они настолько тонкие, что рентгеновские лучи проходят сквозь них беспрепятственно, поэтому изображения образцов, которые они несут, получаются четкими.

Этот крошечный стеклянный чип создает сверхтонкие листы текущей жидкости для рентгеновских экспериментов на рентгеновском лазере SLAC, LCLS. Поток жидкости, протекающий по среднему каналу, формируется потоками газа, поступающими из каналов с обеих сторон. (Изображение: Dawn Harmer/Национальная ускорительная лаборатория SLAC)

Новый метод открывает новые возможности для изучения критических процессов в химии, физике и биологии, включая природу самой воды, говорится в отчете исследователей от 10 апреля в журнале Nature Communications («Создание и характеристика ультратонких сыпучих жидких слоев»). .

Этот метод был разработан в рентгеновском лазере на свободных электронах SLAC, источнике когерентного света Linac (LCLS), но они заявили, что он также может работать в экспериментах с синхротронными источниками света, настольными лазерами и электронными лучами.

«Это открывает возможности во многих областях», — сказал штатный научный сотрудник SLAC Джейк Коралек, который руководил исследованием вместе с Дэниелом ДеПонте, руководителем отдела LCLS Sample Environment.

«До сих пор нам не удавалось получить изображения взвешенных в воде образцов с помощью двух типов света — инфракрасного и «мягкого» низкоэнергетического рентгеновского излучения, — которые важны для изучения основных процессов в физике, химии и биологии. , включая физику воды», — сказал Коралек.

«Разработанное нами новое сопло, которое может создавать потоки жидкости толщиной всего в 100 молекул воды, сохраняющиеся в вакууме в течение нескольких дней, решает эту проблему. Листы можно даже использовать для изображения образцов с помощью электронных лучей, которые разрешают даже более мелкие детали».

В серии фильмов показано, как возрастающие потоки газа, образующие поток жидкости, влияют на формирование жидких слоев и их блеск, напоминающий мыльные пузыри. (© Природа)

Формовочная жидкость с газом

Сопло представляет собой крошечную стеклянную крошку с тремя микроскопическими каналами. По среднему каналу течет поток жидкости, сформированный потоками газа, поступающими из каналов с обеих сторон. Исследователи отметили, что это конкретное сопло было изготовлено с помощью фотолитографии, технологии, используемой для производства компьютерных микросхем, но ее также можно изготовить с помощью 3D-печати.

По мере того, как ученые увеличивают скорость газового потока, поток жидкости распространяется на ряд слоев, ширину и толщину которых можно точно контролировать. Ближайший к соплу лист — самый широкий и тонкий; чем дальше они удаляются от сопла, тем уже и толще становятся листы, пока окончательно не сольются в цилиндрический поток.

Листы переливаются, как мыльные пузыри, и переливаются разными цветами в результате отражения света как от передней, так и от задней поверхности листа. И точно так же, как контурные линии на топографической карте отмечают перепады высот, оттенок и расстояние между постоянно меняющимися цветными полосами листа указывают на его толщину и на то, насколько толщина меняется от одной точки к другой.

«Это очень гибкая и надежная конструкция для создания как ультратонких, так и немного более толстых жидких листов, что может быть желательно для некоторых приложений», — сказала Линда Янг, выдающийся сотрудник Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США и профессор Чикагского университета, которая не участвовала в разработке. изучение.

Она сказала, что будет использовать насадку, чтобы сделать несколько более толстые слои воды для исследования LCLS того, как ведут себя молекулы воды после того, как один из их электронов был оторван. Эти ионизированные молекулы воды существуют всего несколько сотен фемтосекунд, или миллионы миллиардных долей секунды, и «рентгеновские лучи предоставляют совершенно новый и чистый способ контролировать их электронную реакцию в их естественной среде, поэтому мы взволнованы». об этом», — сказал Янг.

На этих изображениях показано образование крошечных слоев жидкости в форме струй газа из сопла, разработанного в SLAC. Вверху: по мере увеличения потока газа слои жидкости становятся больше. Внизу: сопло производит серию жидких слоев; тот, что ближе к соплу, самый широкий и самый тонкий. Каждый лист перпендикулярен предыдущему, поэтому второй и четвертый листы мы видим сбоку. (© Природа)

Новый способ изучения экстремальных форм воды

Жидкие листы уже использовались в экспериментах, изучающих свойства воды в экстремальных условиях, таких как на планетах-гигантах, сказал соавтор Зигфрид Гленцер, профессор SLAC и глава отдела науки о высокой плотности энергии в лаборатории.

Эти эксперименты проводились с помощью лазера на свободных электронах FLASH в Немецком электронном синхротроне (DESY). Исследователи использовали импульсы рентгеновского излучения для нагрева жидких слоев до тысяч градусов, чтобы имитировать чрезвычайно теплую и плотную форму воды, присутствующую на планетах-гигантах, таких как Юпитер. Затем они измерили отражательную способность и проводимость сверхгорячей воды с помощью импульсов оптического лазера в тот момент, когда вода испарялась. Эти измерения могут быть сделаны только на плоской поверхности воды.

«В этих больших планетах много загадок, и они важны для понимания эволюции нашей планетной системы, а также других», — сказал Гленцер. «Это прекрасный инструмент для изучения самой воды, и в будущем мы также будем изучать другие материалы, которые мы можем смешать с ней».

Команда измерила толщину листов с помощью луча инфракрасного света на усовершенствованном источнике света в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли при Министерстве энергетики, а также продемонстрировала, что листы можно использовать для инфракрасной спектроскопии, где свет, поглощаемый материалом, раскрывает его химический состав. .

Новости нанотехнологий

Продемонстрирована спиновая корреляция между спаренными электронами

23 ноября 2022 г.

Скользящие наномеханические резонаторы на основе графеновой подложки

23 ноября 2022 г.

Исследователи выявили влияние дефектов на свойство электронной эмиссии графеновых электродов

23 ноября 2022 г.

Аэрогели с микроканалами из нановолокна с небольшой молекулой белка способствуют ускоренному заживлению диабетических ран

22 ноября 2022 г.

Вышивка как недорогое решение для изготовления носимой электроники

22 ноября 2022 г.

Исследование показывает, что химические покрытия могут влиять на микрочастицы, «плавающие» в растворах слизи

22 ноября 2022 г.

Стекловидные панцири диатомовых водорослей помогают превращать свет в энергию в условиях недостаточной освещенности

22 ноября 2022 г.

Открытие показывает, что «мозгоподобные вычисления» на молекулярном уровне возможны

21 ноября 2022 г.

Возможное изменение правил игры для микроэлектроники следующего поколения

21 ноября 2022 г.

Интенсивные фемтосекундные световые импульсы в среднем инфракрасном диапазоне для спектроскопических и технических приложений

21.11.2022

Сочетание ультразвука и нанопузырьков позволяет уничтожать раковые опухоли

21 ноября 2022 г.

Как расширяются 2D-материалы

18 ноября 2022 г.

Превращение асфальтена в графен для композитов

18 ноября 2022 г.

Инженеры разгадывают тайну на пути к меньшим и более легким батареям

18 ноября 2022 г.

Новый наноматериал для 3D-печати обеспечивает лучшую структурную защиту

18 ноября 2022 г.

Новые наноархитектуры могут создавать материалы с улучшенными электронными, оптическими и механическими свойствами

18 ноября 2022 г.

Наноразмерный взгляд на образование пузырьков: новая модель описывает процесс кипения с гораздо большей точностью

18 ноября 2022 г.

Наночастицы серебра ингибируют четыре патогена, вызывающие послеуборочную гниль киви

18. 11.2022

Новая технология синтеза платиновых одноатомных катализаторов со сверхвысокой массовой активностью

18 ноября 2022 г.

Исследователи разработали ключ фазового перехода для новой аппаратной безопасности

18 ноября 2022 г.

Острова квантовых точек могут раскрыть секреты мощных технологий

18 ноября 2022 г.

Наноленты могут значительно улучшить качество батарей

17 ноября 2022 г.

Ученые исследуют электронные материалы с наноразмерной изогнутой геометрией

17 ноября 2022 г.

Шок для системы: использование электричества для поиска материалов, которые могут обучаться

17 ноября 2022 г.

Умные подарки скоро раскроются сами (с видео)

17.11.2022

Высокоэффективные керамические нанопокрытия не подвержены усталости

17 ноября 2022 г.

Линия сборки микророботов (с видео)

17 ноября 2022 г.

Встроенная временная линза генерирует сверхбыстрые импульсы

17 ноября 2022 г.

Чип для замены испытаний на животных

17 ноября 2022 г.

Полностью напечатанные на 3D-принтере литий-металлические батареи с высокой плотностью энергии

16 ноября 2022 г.

Электроника, похожая на кожу, может постоянно следить за вашим здоровьем

16.11.2022

Снятие и предотвращение статического электричества с помощью трибоэлектрического наногенератора

16 ноября 2022 г.

Материал нового поколения, адаптирующийся к своей истории

15 ноября 2022 г.

Unimon — новый кубит для повышения эффективности квантовых компьютеров для полезных приложений

15 ноября 2022 г.

Носимое электротактильное устройство визуализации с высоким разрешением, виртуализирующее осязание (с видео)

15 ноября 2022 г.

Металлический кристалл «Кагомэ» вносит новый вклад в электронику

15 ноября 2022 г.

Химическая реакция не хуже золота

15 ноября 2022 г.

Исследователи демонстрируют совершенно новую концепцию формирования гетероперехода для фотовольтаики

14 ноября 2022 г.

Новый метод спектроскопии измеряет свойства только самого верхнего атомного слоя материалов

12 ноября 2022 г.

Исследователи разработали новый способ удаления микропластика из воды

11 ноября 2022 г.

Нанокристаллы хранят световую энергию и запускают химические реакции

11 ноября 2022 г.

Исследователи учатся выращивать кристаллические материалы, состоящие из кластеров золота нанометрового размера

11 ноября 2022 г.

…больше новостей о нанотехнологиях

Поток воды в пальцах мозга при аутизме | Spectrum

ЭТОЙ СТАТЬЕ БОЛЕЕ ПЯТИ ЛЕТ

Этой статье более пяти лет. Исследования аутизма и наука в целом постоянно развиваются, поэтому старые статьи могут содержать информацию или теории, которые подверглись переоценке с момента их первоначальной публикации.

Зеркальное отображение: сканирование мозга левой и правой височных долей показывает одну закономерность у людей с аутизмом и противоположную в контрольной группе.

Согласно исследованию, опубликованному на прошлой неделе в журнале Autism Research ¹ , анализ сканирования мозга правильно различает людей с аутизмом и контролирует их более чем в 90% случаев.

По крайней мере, через несколько лет этот тип анализа будет использоваться в клинике, но полученные результаты представляют собой серьезный шаг к объективному тесту на аутизм, говорят ученые.

Исследование сосредоточено на двух областях мозга, связанных с аутизмом: верхней височной извилине, которая отвечает за речь, эмоции и социальное поведение, и височном стволе, одном из основных каналов передачи информации между височной долей и другими частями мозга. мозг.

Исследователи использовали метод, называемый диффузионно-тензорной визуализацией, или DTI, для изучения потока молекул воды через мозг. Применив к этому несколько уровней анализа, они обнаружили, что в одном регионе картина потока воды у людей с аутизмом является зеркальным отражением картины в контрольной группе.

«Примерно в 90% случаев, просто взглянув на [эти две области], вы можете сказать, у кого аутизм», — говорит ведущий исследователь Джанет Лейнхарт, доцент кафедры психиатрии и педиатрии в Университете Юты. Поскольку при аутизме задействовано много областей мозга, важность всего двух областей «была для нас очень неожиданной», добавляет она.

Несколько других групп также изучают мозговые сигнатуры аутизма и пытаются разработать прогностические алгоритмы на основе изображений. В августе исследователи из Королевского колледжа в Лондоне сообщили о комбинации пяти анатомических маркеров при сканировании мозга, которые могут помочь идентифицировать аутизм 9.0315 2 . Но эксперты говорят, что эти результаты, как и результаты текущего исследования, слишком преждевременны, чтобы считаться диагностическим сканированием на аутизм.

Новое исследование является важным шагом вперед, потому что, в отличие от других исследований, в нем рассматриваются дети и подростки с аутизмом, говорит Кристин Экер, преподаватель криминалистики и нейроразвития в Институте психиатрии Королевского колледжа и автор августовской статьи.

Водяные знаки:

Исследователи проанализировали сканирование мозга 30 человек из контрольной группы и 30 мужчин с аутизмом в возрасте от 8 до 26 лет. Используемый ими метод, DTI, измеряет движение молекул воды через мозг. Поскольку вода — компонент каждой клетки тела — обычно течет по длине нервных клеток, DTI — хороший метод для оценки связности мозга, а также здоровья и зрелости нервных волокон. В предыдущих исследованиях использовались другие методы, включая стандартную магнитно-резонансную томографию и магнитоэнцефалографию.

«DTI показался намного более чувствительным в отношении исследования того, что происходит в мозгу при аутизме», — говорит Лейнхарт.

Команда использовала шесть различных вычислений, чтобы сравнить поток воды в мозгу участников. Важнейший параметр, называемый «асимметрией», никогда раньше не применялся в исследованиях аутизма.

«В сочетании с пятью другими измерениями, которые обычно изучаются, это значительно повысило способность сканирования сказать нам, есть ли у человека аутизм или нет», — говорит сотрудник Лейнхарта Николас Ланге, директор Лаборатории статистической нейровизуализации в Университете Маклина Гарварда. Больница.

Это означает, что старые снимки мозга могут содержать больше информации, чем добыли исследователи, говорит Ланге. Использование асимметрии и, возможно, дополнительных мер для анализа этих сканирований может выявить закономерности, которые являются отличительными чертами аутизма.

Полный компонент из шести параметров показывает четкие различия между людьми с аутизмом и контрольной группой. В контрольной группе вода имеет более организованное, направленно-когерентное течение в левой верхней височной извилине и менее когерентное течение в правой.

«Мы обнаружили, что при аутизме ситуация полностью обратная, — говорит Ланге, — поток воды более организован справа и меньше слева. «Они почти точные зеркальные отражения друг друга».

У людей с аутизмом также больше движения воды в нескольких направлениях в височном стебле по сравнению с контрольной группой. Клинические последствия этих различий еще не ясны.

Независимая выборка из 12 мужчин с аутизмом и 7 человек из контрольной группы дала те же результаты, что сделало выводы группы более надежными.

Результаты исследования хорошие, но диагностический тест должен работать еще лучше, с почти 100-процентной точностью, говорит Мартин Стайнер, доцент компьютерных наук и психиатрии в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл.

«[Исследователи] обнаружили нечто очень интересное, — говорит Стайнер, — но я бы не сказал, что то, что они нашли, является диагностическим маркером».

Стайнер и Экер оба говорят, что результаты должны быть подтверждены в более крупном исследовании с более разнообразной группой участников, представляющих клиническую выборку.

Исследователи уже применяют анализ DTI к большей группе, включая людей с более тяжелым аутизмом, детей младшего возраста и женщин.