قوة خامسة

أعلن فريق دولي من العلماء من ألمانيا وسويسرا وأستراليا عن مؤشرات محتملة لوجود «قوة خامسة» للطبيعة، تتفاعل داخل نوى الذرات بطريقة لم ترصدها النماذج التقليدية. وكما هو معروف، تُفسّر جميع الظواهر الفيزيائية من خلال أربع قوى أساسية: الجاذبية، الكهرومغناطيسية، والقوتان النوويتان القوية والضعيفة. لكن هذا الاكتشاف الجديد يفتح الباب لاحتمال وجود قوة خامسة غير معروفة، تتوسط بين الجسيمات الذرية مثل الإلكترونات والنيوترونات، عبر ما يُعرف بـ«جسيم يوكاوا» الافتراضي.
وبخلاف الدراسات السابقة التي ركّزت على آثار هذه القوة المفترضة على نطاق كوني، ركّز الباحثون في هذا البحث على ما يحدث في مدارات الإلكترونات حول نوى أربعة أنواع مختلفة من نظائر الكالسيوم.
عندما يُمنح الإلكترون طاقة إضافية، ينتقل مؤقتًا إلى مدار أعلى، في عملية تُعرف بالانتقال الذري.
وتوقيت هذا الانتقال يتأثر ببنية النواة، والتي تختلف من نظير إلى آخر بسبب عدد النيوترونات. ومن خلال رسم ما يُعرف بـ«مخطط كينغ» الذي يربط بين هذه الاختلافات، يمكن رصد أي انحراف غير متوقع عن النموذج القياسي للفيزياء.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

جريدة الوطن

٢١-٠٦-٢٠٢٥

• جريدة الوطن

الخلايـــا النجميــة

طرح باحثون فرضية جديدة بشأن كيفية مساهمة الخلايا النجمية -وهي فئة من خلايا الدماغ- في تخزين الذاكرة. ومن شأن هذه الفرضية التي يقترحها الباحثون أن تسهم في تفسير سعة التخزين الهائلة للدماغ، التي تعد أكبر بكثير مما يتوقع من الخلايا العصبية وحدها. وأجرى الدراسة باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة، ونشرت نتائجها في مجلة «وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم» (Proceedings of the National Academy of Sciences) يوم 23 مايو/‏أيار الماضي، وكتب عنها موقع يوريك أليرت. يقول جان جاك سلوتين، أستاذ الهندسة الميكانيكية وعلوم الدماغ والإدراك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وأحد مؤلفي الدراسة، إنه -في البداية- كان يعتقد أن الخلايا النجمية تقوم فقط بتنظيف محيط الخلايا العصبية، لكن لا يوجد سبب محدد يمنع تطور وظائفها؛ فبما أن كل خلية نجمية يمكنها التواصل مع مئات الآلاف من نقاط الاشتباك العصبي، فقد يكون من المنطقي أن تستخدم أيضا في وظائف حسابية. وتعرف «نقاط الاشتباك العصبي» على أنها النقاط التي تتفاعل فيها خليتان عصبيتان مع بعضهما بعضا، وهي مواقع لنقل الإشارات من الخلية العصبية قبل المشبك إلى الخلية العصبية بعد المشبك. يحتوي الدماغ البشري على نحو 86 مليار خلية عصبية. وتطلق هذه الخلايا إشارات كهربائية تساعد الدماغ على تخزين الذكريات وإرسال المعلومات والأوامر في جميع أنحاء الدماغ والجهاز العصبي. يحتوي الدماغ أيضا على مليارات الخلايا النجمية، وهي خلايا على شكل نجمة ذات امتدادات طويلة تمكّنها من التفاعل مع ملايين الخلايا العصبية. ورغم الاعتقاد السائد منذ فترة طويلة أنها خلايا داعمة في المقام الأول، فإن دراسات حديثة أشارت إلى أن الخلايا النجمية قد تلعب دورا في تخزين الذاكرة والوظائف الإدراكية الأخرى. سعة الذاكرة تؤدي الخلايا النجمية مجموعة متنوعة من وظائف الدعم في الدماغ، فهي تنظف مخلفات الخلايا، وتوفر العناصر الغذائية للخلايا العصبية، وتساعد على ضمان إمداد الدم الكافي. ترسل الخلايا النجمية أيضا عديدا من المجسات الرفيعة، المعروفة باسم «الزوائد»، التي يمكن أن يلتف كل منها حول مشبك عصبي واحد لتكوين مشبك ثلاثي الأجزاء. خلال العامين الماضيين، أظهر علماء الأعصاب أنه في حال تعطل الروابط بين الخلايا النجمية والخلايا العصبية في الحصين (جزء من الدماغ يؤدي دورا أساسيا في الذاكرة وتكوينها) فإن تخزين الذاكرة واسترجاعها يتأثران. وعلى عكس الخلايا العصبية، لا تستطيع الخلايا النجمية إطلاق «جهود الفعل» (action potentials)، وهي النبضات الكهربائية التي تحمل المعلومات في جميع أنحاء الدماغ، ولكن يمكنها استخدام إشارات الكالسيوم للتواصل مع الخلايا النجمية الأخرى. على مدار العقود القليلة الماضية، ومع تحسن دقة تصوير الكالسيوم، وجد الباحثون أن إشارات الكالسيوم تسمح أيضا للخلايا النجمية بتنسيق نشاطها مع الخلايا العصبية في المشابك العصبية التي ترتبط بها. تشير هذه الدراسات إلى أن الخلايا النجمية يمكنها اكتشاف النشاط العصبي، مما يدفعها إلى تغيير مستويات الكالسيوم الخاصة بها، وقد تحفّز هذه التغييرات الخلايا النجمية على إطلاق نواقل دبقيّة (جزيئات إشارة تشبه النواقل العصبية) في المشبك العصبي. من جهته، يقول ليو كوزاتشكوف من قسم علوم الدماغ والإدراك بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، والباحث المشارك في الدراسة: «هناك حلقة مغلقة بين إشارات الخلايا العصبية وإشارات الخلايا النجمية إلى الخلايا العصبية، الأمر غير المعروف تحديدا هو نوع الحسابات التي يمكن للخلايا النجمية إجراؤها بالمعلومات التي تستشعرها من الخلايا العصبية». الذاكرة والمشابك العصبية شرع فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في نمذجة ما قد تفعله هذه الروابط وكيف يمكن أن تسهم في تخزين الذاكرة، ويعتمد نموذجهم على شبكات هوبفيلد، وهي نوع من الشبكات العصبية التي يمكنها تخزين الأنماط واستدعاؤها. تستخدم شبكات هوبفيلد، التي طوّرت في الأصل على يد جون هوبفيلد وشون إيتشي أماري في سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي، غالبا لنمذجة الدماغ، ولكن ثبت أن هذه الشبكات لا تستطيع تخزين معلومات كافية لمراعاة سعة الذاكرة الهائلة للدماغ البشري، وطور باحثون نسخة أحدث ومعدَّلة من شبكة هوبفيلد، تعرف باسم الذاكرة الترابطية الكثيفة، تخزِّن معلومات أكثر بكثير من خلال ترتيب أعلى من الاقترانات بين أكثر من خليتين عصبيتين، ولكن ليس من الواضح كيف يمكن للدماغ تنفيذ هذه الاقترانات متعددة الخلايا العصبية في مشبك افتراضي، لأن المشابك التقليدية لا تربط سوى خليتين عصبيتين: خلية قبل المشبك وخلية بعد المشبك، وهنا يأتي دور الخلايا النجمية. يقول ديمتري كروتوف الباحث المشارك من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وآلات الأعمال الدولية، ومختبر واتسون للذكاء الاصطناعي، ماساتشوستس، بالولايات المتحدة: «إذا كانت لديك شبكة من الخلايا العصبية، تترابط في أزواج، فلن يكون هناك سوى قدر ضئيل جدا من المعلومات التي يمكنك ترميزها في تلك الشبكات». وأضاف: «لبناء ذكريات ارتباطية كثيفة، نحتاج إلى ربط أكثر من خليتين عصبيتين. ولأن خلية نجمية واحدة قادرة على الاتصال بعديد من الخلايا العصبية، وعديد من المشابك العصبية، فمن اللافت افتراض وجود عملية نقل معلومات بين المشابك العصبية بوساطة هذه الخلية. كان هذا هو الإلهام الأكبر لنا لدراسة الخلايا النجمية، ودفعنا إلى التفكير في كيفية بناء ذكريات ارتباطية كثيفة في علم الأحياء». يستطيع نموذج الذاكرة الارتباطية للخلية النجمية العصبية، الذي طوره الباحثون في دراستهم الجديدة، تخزين معلومات أكثر بكثير من شبكة هوبفيلد التقليدية، أي أكثر من كافية لتفسير سعة ذاكرة الدماغ. اتصالات معقدة يقول الباحثون إن الروابط البيولوجية الواسعة بين الخلايا العصبية والخلايا النجمية تدعم فكرة أن هذا النوع من النماذج قد يفسر كيفية عمل أنظمة تخزين الذاكرة في الدماغ، ويفترضون أن الذكريات داخل الخلايا النجمية تشفَّر من خلال تغيرات تدريجية في أنماط تدفق الكالسيوم، وتنقل هذه المعلومات إلى الخلايا العصبية بواسطة نواقل دبقية تطلق عند المشابك العصبية التي تتصل بها عمليات الخلايا النجمية. يقول كوزاتشكوف: «من خلال التنسيق الدقيق لهذين الأمرين -النمط المكاني الزمني للكالسيوم في الخلية، ثم الإشارة إلى الخلايا العصبية- يمكن الحصول على الديناميكيات اللازمة بالضبط لهذه السعة التخزينية المتزايدة بشكل هائل». إحدى السمات الرئيسية للنموذج الجديد هي أنه يتعامل مع الخلايا النجمية كمجموعات من العمليات، بدلا من كيان واحد، ويمكن اعتبار كل عملية من هذه العمليات وحدة حسابية واحدة، ونظرا لقدرات تخزين المعلومات العالية للذاكرات الترابطية الكثيفة، فإن نسبة كمية المعلومات المخزنة إلى عدد الوحدات الحسابية عالية جدا وتنمو مع حجم الشبكة، هذا لا يجعل النظام عالي السعة فحسب، بل أيضا موفرا للطاقة. إضافة إلى تقديم رؤية ثاقبة حول كيفية تخزين الدماغ للذاكرة، يمكن لهذا النموذج أيضا أن يوفر إرشادات للباحثين العاملين في مجال الذكاء الاصطناعي. ويمكن للباحثين -من خلال تغيير اتصال شبكة العمليات- إنشاء مجموعة واسعة من النماذج التي يمكن استكشافها لأغراض مختلفة. يقول سلوتين: «في حين أن علم الأعصاب ألهم في البداية أفكارا رئيسية في مجال الذكاء الاصطناعي، فإن الـ50 عاما الماضية من أبحاث علم الأعصاب كان لها تأثير ضئيل على هذا المجال، وقد ابتعدت عديد من خوارزميات الذكاء الاصطناعي الحديثة عن التشبيهات العصبية. وبهذا المعنى، قد يكون هذا العمل من المساهمات الأولى في مجال الذكاء الاصطناعي المستمدة من أبحاث علم الأعصاب الحديثة».

جريدة الوطن

١٩-٠٦-٢٠٢٥

• جريدة الوطن

ابتكار بطاريات «قابلة للذوبان»

نجح باحثون من جامعة ولاية نيويورك في بينغهامتون الأميركية في تصميم بطارية مؤقتة قابلة للتحلل بالكامل وتعمل بـ «البروبيوتيك»، أي البكتيريا النافعة التي نستهلكها في الأغذية والمكملات الصحية. ويهدف هذا الابتكار إلى تمكين جيل جديد من الأجهزة الإلكترونية، القابلة للاستخدام لمرة واحدة دون ترك أثر ضار على الجسم أو البيئة. هذا الابتكار العلمي جاء في إطار الجهود المتواصلة لتطوير ما يعرف بالإلكترونيات «المتحللة» أو «المؤقتة»، وهي أجهزة صُممت لتؤدي وظيفة محددة لفترة قصيرة، ثم تذوب تلقائيًا بطريقة آمنة بعد انتهاء مهمتها. وقد نُشرت الدراسة في دورية «سمول» المتخصصة في علوم وتقنيات النانو. يقول سيخوين تشوي، مدير مختبر الإلكترونيات الحيوية والأنظمة الدقيقة بجامعة ولاية نيويورك في بينغهامتون، والمشارك في الدراسة، في تصريحات: «كان دافعنا الأساسي هو تطوير مصدر طاقة آمن وصديق للبيئة للأجهزة الإلكترونية المؤقتة». التخلص من السمّية عبر تاريخ تقنيات البطاريات الحيوية، ظل استخدام البكتيريا كمصدر للطاقة مرهونًا بخطرين رئيسيين؛ السُمية والمخاطر البيئية. غالبًا ما تعتمد البطاريات الميكروبية على بكتيريا مُعدلة وراثيًا أو سلالات مسببة للأمراض، مما يثير تساؤلات حول السلامة، خاصة عند استخدامها داخل الجسم البشري أو في الطبيعة. لكن الدراسة الجديدة تتبنى توجهًا مختلفًا. يقول تشوي: «اتجهنا نحو البروبيوتيك، وهي بكتيريا مألوفة في النظام الغذائي البشري والميكروبيوم، مما أتاح لنا ابتكار بطارية غير سامة، ومتوافقة حيويًا، وقابلة للذوبان بالكامل». يمثل هذا النهج طفرة حقيقية، إذ يعالج بشكل مباشر القيود التنظيمية والصحية التي منعت استخدام البطاريات البيولوجية في التطبيقات الطبية والبيئية. المثير في الأمر أن البطارية لا تعتمد على نوع واحد من البروبيوتيك، بل على مزيج مأخوذ من مكملات غذائية معروفة. يوضح تشوي: «تم اختيار خليط من 15 سلالة من مكملات بروبيوتيك تجارية ليعكس تنوعًا وراثيًا واسعًا. نعتقد أن التفاعلات الأيضية المتبادلة بين هذه السلالات المتنوعة تعزز النشاط التأكسدي والاختزالي. رغم أن البكتيريا موجبة الجرام عادة ما تملك قدرات ضعيفة لنقل الإلكترونات خارج الخلية، فإن تآزرها في بيئتنا المصممة هندسيًا يبدو كافيًا لتوليد تيار كهربائي مفيد». تشير البيانات التجريبية إلى نجاح التعاون المعقد لمكونات هذا الخليط في توليد الكهرباء، إما عن طريق التخمير أو إفراز جزيئات ناقلة للإلكترونات. تقنية ذكية للاستجابة الحمضية تتغذى البكتيريا النافعة على مواد موضوعة داخل البطارية، وخلال عملية الهضم (أو التخمير)، تطلق البكتيريا إلكترونات وهي الجزيئات نفسها التي تنقل الكهرباء في الأسلاك. تمر الإلكترونات التي تطلقها البكتيريا عبر سلك صغير أو مادة موصلة، لتوليد تيار كهربائي يمكن استخدامه لتشغيل جهاز بسيط مثل مستشعر صغير داخل الجسم. في هذا السياق، فإن البطارية محمية بغشاء خاص لا يذوب إلا في بيئة ذات حامضية محددة، وعندما تدخل البطارية هذه البيئة، يبدأ الغشاء بالذوبان، مما يفتح الطريق أمام الماء والبكتيريا لتبدأ في إنتاج الطاقة. بعد أن تنفذ الطاقة أو تنتهي المهمة، تذوب البطارية بالكامل، ولا تترك خلفها أي مواد سامة أو بقايا، لأن كل مكوناتها تقريبًا قابلة للتحلل. يشرح تشوي: «الإنجاز الأهم في بحثنا هو دمج الطاقة الحيوية المستندة إلى البروبيوتيك مع تصميم قابل للذوبان بالكامل. بطاريتنا هي الأولى التي تستخدم فقط مواد غذائية آمنة وبكتيريا غير ضارة في هيئة مدمجة وقابلة للذوبان بالكامل. الغشاء الحساس للحموضة يضيف طبقة من التحكم الذكي، مما يتيح تشغيل الجهاز فقط في بيئة حمضية مثل المعدة». هذه التقنية تفتح الباب أمام استخدام البطارية في أجهزة طبية قابلة للبلع، مثل أجهزة قياس درجة الحموضة أو توصيل الأدوية الذكية، التي تعمل فقط بعد دخولها المعدة دون الحاجة لاستخراجها مرة أخرى. يعلق تشوي: «بينما يستجيب غشاؤنا الحساس جيدًا لمستويات الحموضة في المعدة (1.5 إلى 3.5)، فإن التفاوت بين الأفراد قد يؤثر على الأداء. لذلك، نعمل على تطوير أغشية متعددة الطبقات أو مزج البوليمرات لتوفير تحلل متدرج وأكثر دقة. وفي التطبيقات البيئية، مثل مراقبة المياه الملوثة، قد نضيف محفزات مزدوجة مثل درجات الحموضة والحرارة لزيادة الانتقائية والموثوقية». تحديات تواجه البطارية القابلة للذوبان بحسب الباحثين، فالبطارية الجديدة ما زالت في مرحلة «إثبات المفهوم»، أي أن البطارية الحالية لا تزال تحتاج إلى تطوير قبل دخولها السوق. نحن أمام نموذج أولي من وحدة واحدة، في حين تحتاج التطبيقات الواقعية إلى بطاريات متعددة موصولة على التوالي أو التوازي لرفع الجهد والتيار. يوضح تشوي: «نرى تطبيقات واعدة في التغليف الذكي للأغذية، حيث يمكن استخدام البطارية لتشغيل مؤشرات نضارة تتحلل مع العبوة. وكذلك في الأجهزة المستخدمة ميدانيًا في الجيش أو أثناء الكوارث، إذ قد يحتاج الجنود أو عمال الإغاثة إلى أجهزة تشخيصية قابلة للبلع ولا تحتاج إلى استرجاع». رغم هذه الإمكانيات الواعدة، فإن الفريق يقر بأن هناك تحديات أمام تعميم هذه التقنية، على رأسها زيادة كثافة الطاقة، وتمديد وقت التشغيل، وخفض تكاليف التصنيع، والحصول على الموافقات التنظيمية. ورغم اعتماد الباحثين على مواد آمنة بيئيًا، فإن مشروعهم لم يخل من بعض نقاط الضعف، مثل استخدام شمع البرافين في تصنيع البطارية، والذي لا يعد قابلاً للهضم. ويعلق تشوي: «صحيح أننا استخدمنا شمع البرافين لما يتمتع به من سهولة التشكيل والاستقرار البنيوي، لكنه ليس قابلًا للهضم بشكل كامل. لذا، نبحث حاليًا عن بدائل مثل الكبسولات المصنوعة من الجيلاتين، أو الأغلفة متعددة السكريات، أو حتى أفلام الكيتوسان، التي توفر حماية ميكانيكية مماثلة وتذوب بأمان في البيئات المائية أو الحمضية». تتجسد أهمية هذا الابتكار في قدرته على الجمع بين السلامة البيئية، والفعالية الحيوية، والتحكم الذكي. بطارية تُصنع من مواد غذائية، تعمل بالبكتيريا النافعة، وتتحلل تلقائيًا بعد أداء وظيفتها، وكأنها لم تكن. وربما بعد سنوات قليلة، عندما تبتلع جهازًا صغيرًا لقياس السكر أو تحليل مستوى الالتهاب في معدتك، لن تفكر كثيرًا فيما يحدث له بعد ذلك. فبفضل البكتيريا النافعة، سينهي مهمته، ويذوب في صمت.

جريدة الوطن

١٩-٠٦-٢٠٢٥

• جريدة الوطن

قوة خامسة

أعلن فريق دولي من العلماء من ألمانيا وسويسرا وأستراليا عن مؤشرات محتملة لوجود «قوة خامسة» للطبيعة، تتفاعل داخل نوى الذرات بطريقة لم ترصدها النماذج التقليدية. وكما هو معروف، تُفسّر جميع الظواهر الفيزيائية من خلال أربع قوى أساسية: الجاذبية، الكهرومغناطيسية، والقوتان النوويتان القوية والضعيفة. لكن هذا الاكتشاف الجديد يفتح الباب لاحتمال وجود قوة خامسة غير معروفة، تتوسط بين الجسيمات الذرية مثل الإلكترونات والنيوترونات، عبر ما يُعرف بـ«جسيم يوكاوا» الافتراضي. وبخلاف الدراسات السابقة التي ركّزت على آثار هذه القوة المفترضة على نطاق كوني، ركّز الباحثون في هذا البحث على ما يحدث في مدارات الإلكترونات حول نوى أربعة أنواع مختلفة من نظائر الكالسيوم. عندما يُمنح الإلكترون طاقة إضافية، ينتقل مؤقتًا إلى مدار أعلى، في عملية تُعرف بالانتقال الذري. وتوقيت هذا الانتقال يتأثر ببنية النواة، والتي تختلف من نظير إلى آخر بسبب عدد النيوترونات. ومن خلال رسم ما يُعرف بـ«مخطط كينغ» الذي يربط بين هذه الاختلافات، يمكن رصد أي انحراف غير متوقع عن النموذج القياسي للفيزياء.