تسرب غاز الميثان من أنابيب الغاز مصدر خفي لتلوث الهواء
يتكون الغاز الطبيعي بشكل أساسي من الميثان، وهو من غازات الدفيئة القوية التي يُعتقد أنها مسؤولة عن 30% من ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي، ويُسهم الميثان في تحفيز تفاعلات كيميائية في الهواء تُؤدي إلى تكوين ما يعرف بالجسيمات الدقيقة (PM2.5)، تكون أصغر من 2.5 ميكرومتر (1 سم يساوي 10 آلاف ميكرومتر).
وعند إطلاق الميثان في الغلاف الجوي، يتفاعل مع مواد كيميائية أخرى موجودة فيه، مثل أكاسيد النتروجين والمركبات العضوية المتطايرة، وغالبا ما يُحفز ضوء الشمس هذه التفاعلات، لتشكل بدورها نوعا من الجسيمات الدقيقة يُسمى "الهباء الجوي العضوي الثانوي"، والذي يُمثل ما بين 20% و50% من إجمالي كتلة الجسيمات الدقيقة المحيطة.
فحين يتسرب الغاز الطبيعي تُهدر الطاقة، وترتفع حرارة الكوكب، وتنخفض جودة الهواء. قد تكون هذه التسربات هائلة، مثل كارثة أليسو كانيون في كاليفورنيا بالولايات المتحدة عام 2015، والتي أدت إلى انبعاث حوالي 100 ألف طن متري من الميثان إلى الغلاف الجوي.
وأشارت دراسة فحصت بيانات تسربات خطوط الأنابيب الصادرة عن إدارة سلامة خطوط الأنابيب والمواد الخطرة الأميركية من عام 2009 إلى عام 2019، وبيانات حول مستوى الجسيمات الدقيقة في الهواء، إلى ارتفاع في مستوى تلوث الهواء بشكل غير مسبوق جراء التسربات.
وفي السنوات التي شهدت فيها ولاية ما -أو الولايات المجاورة لها- المزيد من حوادث تسرب غاز الميثان، كان متوسط تلوث الهواء السنوي بالجسيمات الدقيقة في تلك الولاية أعلى بشكل ملحوظ مقارنة بالسنوات التي شهدت عددا أقل من التسربات.
وفي سبتمبر/أيلول 2018، أدى انفجار خط أنابيب وادي ميريماك في ماساتشوستس إلى تسرب ما يقرب من 2800 طن متري من الميثان، وارتفاع حاد في تركيزات تلوث الهواء بالجسيمات الدقيقة في المناطق الواقعة في اتجاه الريح في نيو هامبشاير وفيرمونت خلال 4 أسابيع، مما دفع المتوسط السنوي لتلك المناطق لعام 2018 إلى الارتفاع بمقدار 0.3 ميكروغرام (الميكروغرام يعادل جزءا من المليون من الغرام) لكل متر مكعب.
ومثل ذلك زيادة بنحو 3% عن المعيار الصحي السنوي لوكالة حماية البيئة الأميركية للجسيمات الدقيقة، كما ظهر ارتفاع في تلوث الهواء في نيويورك وكونيتيكت خلال الفترة المتبقية من عام 2018 حتى عام 2019.
تأثيرات خفية
وتشير دراسة في مجلة "ساينس" إلى أن الانفجارات التي تعرض لها خط نورد ستريم في سبتمبر/أيلول 2022 نحو 478 ألف طن من الميثان في الغلاف الجوي، وانتشرت سحابة الميثان لمسافة تزيد على 1500 كيلومتر، ومثّل ذلك أكبر تسرب للميثان سُجّل على الإطلاق.
وتعادل كمية غاز الميثان المتسربة في الانفجار كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من الخرسانة الكافية لتشييد حوالي 27 بناء على شاكلة برج خليفة في دبي. كما تعادل كمية الميثان المنبعثة التأثير المناخي القصير المدى الذي تُحدثه أكثر من 8 ملايين سيارة مستخدمة سنويا.
ويعد خط أنابيب نورد ستريم الأكبر في العالم، ويبلغ قطره الداخلي 1153 ملم ويمتد لمسافة 1224 كيلومترا من روسيا إلى ألمانيا.
وتشير التقديرات إلى تسرب ما يصل إلى 70 مليون طن متري من الميثان من الأنابيب في عام 2020، وهو ما يعادل 2.1 غيغا طن من ثاني أكسيد الكربون، وفي عام 2023 تراوح تقديرات التسربات بين 1% إلى أكثر من 9% من إنتاج الغاز الطبيعي في العالم.
ومع خطورة التسريبات الضخمة جراء الانفجارات، تعد التسربات الصغيرة شائعة وتتراكم أيضا من خطوط أنابيب الغاز عبر العالم وتكون خطورتها غير مرئية غالبا.
وقدرت الدراسة أن التسربات الصغيرة غير الموثقة في الولايات المتحدة وحدها قد يصل مجموعها إلى حوالي 15 ألف طن متري من الميثان سنويا، وهو ما يكفي لرفع مستوى الجسيمات الدقيقة الخلفية بنحو 0.1 ميكروغرام لكل متر مكعب في المناطق الواقعة في اتجاه الريح.
وحتى هذه الزيادات الطفيفة يمكن أن تُسهم في مخاطر صحية كثيرة، إذ يرتبط كل ارتفاع قدره ميكروغرام واحد لكل متر مكعب بارتفاع معدل الوفيات الناجمة عن أمراض القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي.
وتشير الدراسة إلى أن الطريقة الأكثر مباشرة للحد من هذه المشكلة هي تقليل عدد وكمية تسربات الميثان من خطوط الأنابيب. وقد يشمل ذلك بناءها بطرق أكثر جودة، واستعمال مواد نوعية بحيث تكون أقل عرضة للتسرب.
كما يمكن أن تُحفز اللوائح والقوانين الشركات للاستثمار في تقنيات للكشف السريع عن تسربات الميثان، بالإضافة إلى تشجيع الاستجابة السريعة عند اكتشاف أي تسرب، حتى لو بدا صغيرا نسبيا في البداية.
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
الجزيرة
منذ 2 ساعات
- الجزيرة
توصيل الأدوية لهدفها باستخدام التوجيه المغناطيسي والإطلاق المحفَّز بالضوء
تمكّن باحثون من تحريك حويصلات مجهرية تحمل الأدوية مغناطيسيا نحو أهدافها، مما يسهم في تطوير الطب الدقيق لعلاج أمراض مثل السرطان. وتُقدم أنظمة توصيل الأدوية المستهدفة والطب الدقيق نهجا واعدا لتعزيز فعالية الأدوية مع تقليل آثارها الجانبية من خلال إطلاقها في المكان المستهدف فقط والتحكم في ذلك زمنيا. وأجرى الدراسة فريق بحثي من عدة جامعات بقيادة أستاذ العلوم والهندسة الميكانيكية في كلية غرينجر للهندسة بجامعة إلينوي أوربانا شامبين في الولايات المتحدة جي فنغ، ونشرت نتائجها في مجلة "نانوسكيل" الصادرة عن الجمعية الملكية للكيمياء في مايو/أيار الماضي، وكتب عنها موقع يوريك أليرت. ويستند هذا العمل إلى نتائج سابقة تُظهر إمكانية هندسة الحويصلات الدهنية لإطلاق الأدوية عند تسليط ضوء الليزر عليها. يقول فنغ: "تكمن جاذبية الحويصلات الدهنية لتوصيل الأدوية في أن بنيتها تشبه الخلية، لذا يمكن جعلها تتفاعل فقط مع أنواع معينة من الخلايا، وهي ميزة كبيرة لعلاج السرطان". وأشار فنغ إلى أنه يمكن إعادة توظيف التقنيات الطبية الحالية -مثل التصوير بالرنين المغناطيسي- لتوجيه توصيل الأدوية باستخدام مجالاتها المغناطيسية، خاصة وأن هذه المجالات مصممة لاختراق جسم الإنسان، ويمكن تحقيق ذلك عن طريق تغليف جسيم فائق المغناطيسية داخل حويصلة تحمل الدواء، ليتفاعل مع المجال المغناطيسي المتحكم فيه خارجيا. كانت الخطوة الأولى في إنشاء حويصلات دهنية قابلة للتوجيه مغناطيسيا هي تطوير طريقة موثوقة لتغليف الجسيمات المغناطيسية في الحويصلات. والجسيمات المغناطيسية هي جزيئات ذات حجم صغير تنتشر في سائل، ويمكن تنشيطها عن بعد عند تطبيق مجالات مغناطيسية خارجية دقيقة. واستخدم طالب الدراسات العليا في هندسة إلينوي غرينجر في مختبر فنغ والمؤلف المشارك بالدراسة فينيت مالك، طريقة "المستحلب المقلوب"، حيث تضاف جسيمات مغناطيسية إلى محلول من الدهون المذابة، مما يؤدي إلى تكوين قطرات دهنية حول الجسيمات، وأظهر الباحثون بعد ذلك أن المجالات المغناطيسية يمكنها توجيه الحويصلات الدهنية. وطوّر مالك قاعدة قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد لتثبيت المغناطيسات بإحكام على مجهر ووضع الحويصلات في محلول بين المغناطيسات. ولاحظ الباحثون عبر مراقبة الحركة الناتجة كيف تختلف السرعة مع نسبة حجم الجسيم المغناطيسي إلى حجم الحويصلة، وكان من الضروري أيضا فهم كيفية دفع الجسيم المغناطيسي للحويصلة من الداخل لفهم سلوك الجهاز بأكمله. وتعاون باحثو إلينوي مع باحثين في جامعة سانتا كلارا لدراسة الديناميكيات الداخلية للحويصلة حاسوبيا للتنبؤ بسرعة الحركة، ولاحظوا كيف يسحب الجسيم المغناطيسي الحويصلة بأكملها عند تحركها عبر مجال مغناطيسي.
الجزيرة
منذ يوم واحد
- الجزيرة
الخبز كمصدر للقلق.. هل يسبب الغلوتين مشاكل نفسية؟
هل يمكن أن يكون الخبز في شطيرتك، أو المعكرونة في سلطتك، أو القمح في فطورك.. سببا للاكتئاب ؟ يعمل الباحثون على التحقق من هذه النظرية من خلال دراسات تظهر وجود صلة بين الغلوتين ومجموعة من حالات الصحة العقلية من قبيل اضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه إلى الفصام. تقول أستاذة الطب النفسي لأبحاث الأمراض العقلية في كلية الطب بجامعة ميريلاند في الولايات المتحدة الدكتورة ديانا كيلي لصحيفة تلغراف البريطانية: "كنت سأشكك لو قيل لي إنني سأدرس هذه العلاقة، كان تفكيري منصبا على العلاج والأدوية، لم أكن أعلم أن الطعام والنظام الغذائي يمكن أن يكونا دواء جيدا بالفعل". وأمضت الدكتورة ديانا السنوات السبع عشرة الماضية في قيادة التجارب السريرية على الفصام والأمراض العقلية الشديدة، بالإضافة إلى نشاطها في أبحاث علم الأدوية النفسية، وبدأت ديانا رحلتها العلمية بتحليل بيانات من جنود خلال الحرب العالمية الثانية، وأظهرت الدراسة أن حالات دخول المستشفيات انخفضت خلال فترة نقص القمح. ثم نظرت الدكتورة ديانا وزملاؤها في عمل الطبيب النفسي كورتيس دوهان في سبعينيات القرن الماضي، والذي كان ينشر حالات أشخاص مصابين بالفصام يتعافون باتباع نظام غذائي خال من القمح. كما زار دوهان جزرا نائية في بابوا غينيا الجديدة، حيث لم يكن القمح جزءا من النظام الغذائي، ووجد أن الفصام غائب تقريبا، مقارنة بحدوثه لدى سكان المناطق الأخرى الذين يتناولون القمح. ثم أتيحت للدكتورة ديانا فرصة إجراء تجربة سريرية واسعة النطاق لدراسة الأجسام المضادة التي ينتجها الجسم كرد فعل على الغلوتين، وما وجدته هو معدلات عالية جدا من الأجسام المضادة للغلوتين في أجسام المصابين بالفصام. وقد قادتها نتائجها الآن إلى الاعتقاد بوجود صلة قوية بين وظائف الدماغ والأشخاص الذين يعانون من حساسية الغلوتين، وهي ليست الوحيدة. وتشير الأدلة إلى أن تناول الأطعمة التي تحتوي على الغلوتين قد يكون مرتبطا بمجموعة من الأعراض النفسية، من خلال الاستجابة المناعية لدى ما يصل إلى واحد من كل 17 شخصا. ما هي حساسية الغلوتين؟ الغلوتين هو مجموعة من البروتينات الموجودة في القمح والشعير، وهي حبوب أساسية موجودة في الخبز والمعكرونة والمعجنات والعديد من الأطعمة، ويعاني بعض الأشخاص من حساسية تجاه الغلوتين، وهذا يعني أن جهازهم المناعي يحارب الغلوتين كجسم غريب في الجسم. ويعد الداء البطني (السيلياك) أشهر أنواع أمراض المناعة الذاتية المرتبطة بالغلوتين، ويسبب هذا الداء تلفا في الجهاز الهضمي، مما يؤدي إلى مجموعة من أعراض الجهاز الهضمي مثل الإسهال والانتفاخ وآلام المعدة، بالإضافة إلى التعب وفقدان الوزن والطفح الجلدي. وينتقل الداء البطني (السيلياك) وراثيا، ويُشخّص عن طريق فحص الدم أو خزعة الأمعاء، ويرتبط هذا بنوع آخر من حساسية الغلوتين يسمى غالبا حساسية الغلوتين غير السيلياكية، وهو أكثر شيوعا بعشر مرات من الداء البطني. وغالبا ما تكون نتائج اختبارات الداء البطني سلبية لدى المصابين بحساسية الغلوتين غير السيلياكية. وتوضح ديانا أنه "من الصعب تشخيص شخص ما بحساسية الغلوتين غير السيلياكية". الغلوتين والالتهاب لم يدخل الغلوتين إلى أنظمتنا الغذائية إلا منذ حوالي 6000 عام، وترى ديانا "أن فكرة هضمه تمثل تحديا كبيرا لأجسامنا، ولا يتحلل تماما، فعندما يتناول شخص مصاب بحساسية الغلوتين شيئا يحتوي على الغلوتين -حتى لو كان معكرونة أو خبزا بنيا صحيا- يُنتج جسمه أجساما مضادة لمحاربته". ويتحد نوعان من البروتين لتكوين الغلوتين هما الغليادين والغلوتينين، والنوع الأول هو الذي يحفز الاستجابة المناعية، ويمكن أن يسبب هذا التهابا ويساهم في تلف الأمعاء. ويسمح ضعف جدار الأمعاء بتسرب الأجسام المضادة للغليادين من الأمعاء إلى مجرى الدم. تقول ديانا: "عندما يعبر الغشاء المخاطي للمعدة، يراه الجسم مادة غريبة لدى بعض الأشخاص". الالتهاب والدماغ ونتيجة لتسرب الأجسام المضادة للغليادين، قد يحدث الالتهاب في أجزاء أخرى من الجسم، بما في ذلك الدماغ. وعندما تصل الأجسام المضادة إلى الدماغ، قد تشمل الأعراض التي تظهر ليس فقط تشوش التفكير ونقص الطاقة، بل أيضا ضعف التحكم في المشاعر والقلق وتقلبات المزاج والهلوسة و/أو النوبات، والتي غالبا ما تكون مقاومة للعلاج بالأدوية. تقول ديانا: "هناك سلسلة قصيرة من الأحماض الأمينية موجودة في القمح ترتبط ارتباطا وثيقا بالاستجابة المناعية، فإذا نظرت إلى تركيبها ستجد أنها مشابهة جدا لأحد المستقبلات الموجودة في الدماغ، لذلك قد لا تستطيع أجسامنا التمييز بينهما". إحدى نظريات ديانا هي أن جهاز المناعة لدى بعض الأشخاص قد يهاجم بعض أنسجة الدماغ لأنها تشبه الغلوتين. وتشير ديانا: "لدينا بحث يظهر أن هذه الأجسام المضادة لمستقبلات الدماغ تكون أعلى لدى الأشخاص الذين لديهم أجسام مضادة للغليادين". تعمل منطقة الدماغ المسماة اللوزة الدماغية على تهدئة الخوف والقلق. وتَبيّن أن الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات القلق لديهم استجابة مبالغ فيها للوزة الدماغية عند تعرضهم لأحداث تثير القلق. ويُعتقد أن السيروتونين -وهو ناقل كيميائي في الجهاز العصبي وجزء من نظام التواصل في الدماغ- له دور في اضطرابات القلق. ومن المثير للاهتمام أن الأمعاء توفر حوالي 95% من إجمالي السيروتونين في الجسم، ويتأثر إنتاجه بتوازن ميكروبات الأمعاء لدى كل فرد. والأعراض الأكثر شيوعا التي تلاحظها ديانا لدى مرضاها النفسيين هي ضبابية الدماغ والقلق أو أعراض الاكتئاب، وتوضح أنهم "يعانون أحيانا من الصداع والصداع النصفي. كما أن آلام المفاصل شائعة أيضا". تقول ديانا: "المثير للاهتمام هو أن جميع هذه الاضطرابات التي نكتب عنها، تميل الدراسات الآن إلى أن الالتهاب هو سببها جميعا". ومن المرجح أن جهاز المناعة لا يعمل بشكل صحيح لدى بعض الأشخاص، مما يؤدي إلى ظهور علامات التهابية والتهابات، وتقترح ديانا أن الغلوتين، لدى بعض الأشخاص، هو أحد الأسباب وراء هذا التفاعل المناعي الالتهابي. وتُعتبر تشخيصات الداء البطني ومتلازمة القولون العصبي غير الغلوتيني أكثر شيوعا لدى الأفراد الذين يعانون من أعراض اضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه مقارنة بعامة السكان. ويعتقد الخبراء أن العلاقة بين الداء البطني والاكتئاب راسخة، وأظهرت دراسة واسعة النطاق أجريت على أكثر من 2000 شخص مصاب بالداء البطني انتشارا لأعراض الاكتئاب بنسبة 39% طوال حياتهم. وتَعتبر ديانا أن "إحدى النظريات هي أن الاكتئاب ينبع من صعوبة العيش مع مرض مزمن، لكنْ هناك دراسات تظهر وجود صلة فسيولوجية مباشرة بين الداء البطني والاكتئاب". وهناك بيانات سريرية أوضح تشير إلى إمكانية مساعدة المصابين بالفصام باتباع نظام غذائي خال من الغلوتين، وكانت إحدى مريضات ديانا التي تعاني من الفصام، تعاني من تفاقم مرضها بعد تناول الغلوتين. تقول ديانا عنها إن "حالتها الصحية كانت جيدة، ولكن عندما كانت تتناول الغلوتين كانت تدخل المستشفى، وهناك كانوا يعطونها الغلوتين لأنهم لم يكونوا يصدقون أهمية ذلك، وفي كل مرة كانت العائلة تضطر إلى الشجار بشأنه في كل مستشفى". دور الأطعمة فائقة المعالجة وخارج نطاق الغلوتين، هناك توجه نحو فهم تأثير الأطعمة فائقة المعالجة على صحتنا. ترى ديانا أن "هناك أدلة تشير إلى أن الاكتئاب والقلق ومعظم حالات الصحة النفسية تكون أعلى لدى الأشخاص الذين يتناولون مستويات عالية من الأطعمة فائقة المعالجة، وخاصة متبعي النظام الغذائي الغربي". والقمح جزء من ذلك. ويعدّ القمح الآن المحصول الأكثر زراعة في العالم، ويوفّر 20% من إجمالي السعرات الحرارية والبروتينات الغذائية التي يستهلكها سكان العالم. ووفقا لديانا فإن "البيانات تُظهر أن عدد الأشخاص الذين يعانون من حساسية الغلوتين أكبر من ذي قبل، ونعتقد أن ذلك يعود إلى ارتفاع محتوى الغلوتين في منتجات الألبان قليلة الدسم". وأحد أسباب احتمال تسبب الغلوتين الآن في استجابة مناعية أشدّ هو زيادة محتوى الغليادين في القمح ستة أضعاف مع مرور الوقت، وقد يعزى ذلك إلى استخدام الأسمدة عالية النيتروجين وكيفية معالجة القمح. الأجسام المضادة تشير إلى الطريق تعاني إحدى الشابات التي جاءت إلى ديانا من القلق وضبابية الدماغ، وخضعت سابقا لاختبار حساسية الغلوتين من قبل طبيب الجهاز الهضمي. تقول ديانا: "قيل لها إنها لا تعاني من مرض الاضطرابات الهضمية أو حساسية الغلوتين، لذلك أحضرتُها للمشاركة في دراستي، وبالفعل كانت استجابة الأجسام المضادة لديها هي الأكبر التي رأيتها في حياتي". وتضيف: "وُجدت أجسام مضادة تشير إلى الإصابة بالداء البطني. أعطيتها الأوراق وقلت لها: من فضلك راجعي طبيبك، وعندما عادت أجروا لها خزعة ووجدوا أنها مصابة بالداء البطني، لقد فاتتهم النتيجة". هي واحدة من حوالي ألف شخص من عامة السكان الذين أجرت كيلي فحص أجسام مضادة للغلوتين لديهم. وتوضح أنه "عندما تظهر هذه الأجسام المضادة لدى الناس، وبمجرد أن أقول أنت مصابة بهذا وقد يكون من المفيد تجربة نظام غذائي خال من الغلوتين، يُبلغ معظمهم عن زوال آلام المفاصل لديهم، أو تحسّن ضبابية الدماغ لديهم، أو تحسّن القلق والاكتئاب لديهم". ونُشرت 24 دراسة محكّمة عن هذه الأجسام المضادة وعلاقة الغلوتين بالأمراض العصبية والنفسية. وتقول ديانا: "30% من مرضاي المصابين بالفصام لديهم أجسام مضادة للغليادين. هذا يعني أن أجسامهم تبدي استجابة مناعية للقمح". هل يجب عليك تغيير نظامك الغذائي؟ من خلال الدراسات على الحيوانات، تشير البيانات إلى أن الغلوتين قد يكون ضارا للجميع، ولكن لا ينبغي على الجميع اتباع نظام غذائي خال من الغلوتين، وترى ديانا الكثير من الأشخاص الذين لا يعانون من أي استجابة مناعية على الإطلاق وتقول عن ذلك: "تتحمل أجسامهم الأمر بشكل جيد، ولكن هناك الكثير من الأشخاص الذين لديهم أجسام مضادة ومرض السيلياك في عائلاتهم، وهنا يمكن أن تساعد إزالة الغلوتين الناس حقا". وتعتقد ديانا أن هذا لن يكون علاجا شاملا للجميع، إلا أنها عادة ما تلاحظ تغيرات لدى مرضاها في غضون ثلاثة أسابيع فقط، كما أظهرت بيانات تصوير الدماغ كيف يتحسن تدفق الدم في أدمغتهم باتباع نظام غذائي خال من الغلوتين. وأوصت بالتحدث إلى أخصائي التغذية أو الطبيب مسبقا، وذلك لأن العديد من الأطعمة التي تحتوي على الغلوتين مدعمة بالمعادن والفيتامينات التي يحتاجها الجسم (أشياء مثل حمض الفوليك الذي يحتاجه الجسم)، ولكن يصعب الحصول عليها من نظامنا الغذائي. وأشارت إلى أن اتباع نظام غذائي خال من الغلوتين قد يمثل تحديا لمن يعانون من اضطراب نفسي، مثل الاكتئاب أو الفصام. وتوضح ديانا أنه "بمجرد أن تصاب بالمرض، يصبح من الأسهل الاستمرار في تناول الغلوتين لأنه رخيص الثمن ولا يتطلب منك قضاء وقت في الطهي. وعندما لا تشعر بصحة جيدة، لا ترغب في قضاء وقت في طهي الخضراوات الطازجة. إنها دورة متكررة".
الجزيرة
منذ يوم واحد
- الجزيرة
فتح خزائن الدماغ.. هل يمكن قراءة الأفكار؟
حقق باحثون من جامعة جنوب كاليفورنيا في الولايات المتحدة إنجازا هاما في فهم كيفية تشكيل الدماغ البشري للذكريات البصرية وتخزينها واستدعائها. واستخدم الباحثون في دراستهم الجديدة، التي نشرت في 8 يوليو/ تموز الجاري في مجلة أدفانسد ساينس، تسجيلات دماغية لمرضى ونموذجا للتعلم الآلي لإلقاء ضوء جديد على الشفرة الداخلية للدماغ التي تصنّف ذكريات الأشياء إلى فئات، فتكون كخزانة ملفات للصور في الدماغ. وأظهرت النتائج أن فريق البحث استطاع قراءة أفكار المشاركين من خلال تحديد فئة الصورة البصرية التي يجري تذكرها، وذلك عبر التوقيت الدقيق للنشاط العصبي للمشارك. ويحلّ هذا العمل جدلا أساسيا في علم الأعصاب، ويتيح إمكانات واعدة لواجهات الدماغ والحاسوب المستقبلية، بما في ذلك أجهزة مساعدة لاستعادة الذاكرة المفقودة لدى المرضى الذين يعانون من اضطرابات عصبية مثل الخرف. ويعد الحصين منطقة دماغية حيوية ومعروفة بدورها في تكوين ذكريات عرضية جديدة من قبيل ماذا وأين ومتى وقعت أحداث الماضي. وبينما يمكن فهم وظيفته في تشفير المعلومات المكانية (أين) والزمانية (متى)، فإن كيفية تمكنه من تشفير عالم الأشياء الواسع وعالي الأبعاد (ماذا) لا تزال لغزا. وحيث إنه لا يمكن للحصين تخزين كل شيء على حدة، افترض العلماء أن الدماغ قد يبسط هذا التعقيد من خلال ترميز الأشياء في فئات. ووظّف البحث تسجيلات أدمغة 24 مريضا بالصرع ، حيث زEرعت أقطاب كهربائية عميقة داخل الجمجمة في أدمغتهم لتحديد موقع نوبات الصرع. وأتاحت تسجيلات هؤلاء المرضى للفريق تحديد كيفية تشفير الخلايا العصبية الحصينية للمعلومات البصرية المعقدة، ليس من خلال معدل إطلاق الإشارات فحسب، بل من خلال التوقيت الدقيق لنشاطها. يقول مدير مركز ترميم الأعصاب في جامعة جنوب كاليفورنيا بكلية كيك للطب وأستاذ الهندسة الطبية الحيوية بكلية فيتربي للهندسة والباحث المشارك في الدراسة تشارلز ليو: "من خلال العمل مع مرضى يعانون من خلل في الذاكرة، كان من المثير للاهتمام للغاية رؤية الدراسات الحالية تكشف عن نموذج للأساس العصبي لتكوين الذاكرة". كيف يخزن الدماغ المعلومات البصرية؟ طوّر فريق البحث نهجا مبتكرا للنمذجة التجريبية لكشف هذه العملية المعقدة، وسجّل الفريق النشاط الكهربائي -وتحديدا النبضات- من الخلايا العصبية في الحصين لدى مرضى الصرع، وجُمعت التسجيلات أثناء قيام المرضى بمهمة "المطابقة المتأخرة للعينة"، وهي تقنية شائعة في علم الأعصاب لاختبار الذاكرة البصرية قصيرة المدى. يقول الأستاذ المشارك في قسم جراحة الأعصاب وقسم ألفريد إي. مان للهندسة الطبية الحيوية الباحث المشارك في الدراسة دونغ سونغ: "سمحنا للمرضى برؤية خمس فئات من الصور: حيوان، نبات، مبنى، مركبة، وأدوات صغيرة، ثم سجلنا إشارة الحصين. وبناء على الإشارة سألنا أنفسنا سؤالا باستخدام تقنية التعلم الآلي الخاصة بنا: هل يمكننا فك تشفير فئة الصورة التي يتذكرونها بناء على إشارة أدمغتهم فقط؟". أكدت النتائج فرضية أن الدماغ البشري يتذكر بالفعل الأشياء المرئية بتصنيفها إلى فئات، وأن فئات الذاكرة البصرية التي كان المرضى يفكرون فيها قابلة للفك بناء على إشارات أدمغتهم. ويرى سونغ أن "الأمر يشبه قراءة حصينك لمعرفة نوع الذاكرة التي تحاول تكوينها، ووجدنا أنه يمكننا فعل ذلك بالفعل، ويمكننا فك تشفير نوع فئة الصورة التي كان المريض يحاول تذكرها بدقة عالية". ويكمن جوهر الاكتشاف في نموذج فك تشفير الذاكرة القابل للتفسير الذي ابتكره فريق البحث، فعلى عكس الطرق السابقة التي غالبا ما تعتمد على حساب متوسط النشاط العصبي على مدار العديد من التجارب أو استخدام دقة زمنية محددة مسبقا، يحلل هذا النموذج المتقدم "الأنماط المكانية والزمانية" للنبضات العصبية من مجموعة كاملة من الخلايا العصبية، كما تقدم الدراسة دليلا على أن الحصين يستخدم رمزا زمنيا لتمثيل فئات الذاكرة البصرية، وهذا يعني أن التوقيت الدقيق لنبضات الخلايا العصبية الفردية، غالبا على نطاق الملِّي ثانية، يحمل معلومات ذات معنى. وركزت الدراسات السابقة غالبا على الخلايا العصبية الفردية، أما هذا البحث فكشف أن مجموعات الخلايا العصبية الحصينية تشفّر فئات الذاكرة بطريقة موزعة، حيث إنه وبينما شاركت نسبة كبيرة من الخلايا العصبية (70-80%) في تحديد ذاكرة بصرية لفئة معينة، فإن لحظات قصيرة ومحددة فقط داخل كل خلية عصبية ساهمت في هذا التشفير، وتسمح هذه الإستراتيجية الفعّالة للدماغ بتخزين ذكريات متنوعة مع تقليل استهلاك الطاقة. يقول ليو: "يمكننا البدء بتطوير أدوات سريرية لاستعادة فقدان الذاكرة وتحسين الحياة بهذه المعرفة، بما في ذلك أجهزة مساعدة للذاكرة وإستراتيجيات أخرى لاستعادة الأعصاب، في حين أن هذه النتيجة قد تكون مهمة لجميع المرضى الذين يعانون من اضطرابات الذاكرة، إلا أنها ذات صلة عميقة بشكل خاص بمرضى الصرع الذين شاركوا في الدراسات، والذين يعاني الكثير منهم من خلل وظيفي في الحصين يتجلى في كل من نوبات صرع وكذلك الاضطرابات المعرفية/الذاكرة".
