Rygmarvsskade kan afbryde kommunikationen mellem hjernen og den region af rygmarven, der producerer gang, hvilket kan føre til permanent lammelse. For at genoprette denne kommunikation udviklede holdet en hjerne-rygsøjle-grænseflade, der omfatter to implanterbare systemer: et til at registrere kortikal aktivitet og det andet til elektrisk stimulere det område af rygmarven, der styrer benbevægelsen.
For at overvåge signaler fra hjernen implanteres et 64-kanals gitter af elektroder i deltagerens hjerne i regioner, der reagerer på intentionen om at bevæge de nedre lemmer. En kunstig intelligens-baseret algoritme afkoder derefter disse hjernesignaler i realtid for at forudsige brugerens motoriske intentioner og konverterer dem til stimuleringskommandoer for at aktivere benmusklerne.
Den anden enhed er en neurostimulator, der er forbundet til et elektrodearray, som er implanteret over det område af rygmarven, der styrer benbevægelsen. Denne enhed leverer den nødvendige elektriske stimulation til at aktivere benmusklerne - i det væsentlige skaber en digital bro mellem hjernen og rygmarven. Hele systemet fungerer trådløst, så en bruger kan bevæge sig uafhængigt rundt.
Holdet testede systemet i en 38-årig mand med en rygmarvsskade fra en cykelulykke 10 år tidligere. Efter implantatoperationen gjorde broen det muligt for deltageren at genvinde intuitiv kontrol over sine benbevægelser, hvilket gjorde det muligt for ham at stå, gå med krykker, gå op ad trapper og krydse komplekse terræner. Hjerne-rygsøjlens grænseflade forblev pålidelig og stabil i over et års brug, inklusive derhjemme uden opsyn.
Denne forskning giver håb til mennesker med rygmarvsskader, og det er derfor, vi er meget glade for at kunne kalde det vores Årets Gennembrud for 2023.
Udvælgelseskriterier
Fysik verden Årets gennembrud i 2023 blev udvalgt af et panel af Fysik verden redaktører, som gennemgik hundredvis af forskningsopdateringer og nyhedshistorier offentliggjort på hjemmesiden i år på tværs af alle fysikområder. Ud over at være blevet anmeldt i Fysik verden i 2023 skal vinderen opfylde følgende kriterier:
- Betydelige fremskridt i viden eller forståelse
- Arbejdets betydning for videnskabelige fremskridt og/eller udvikling af applikationer i den virkelige verden
- Af almen interesse for Fysik verden læsere
De ni andenpladser, der fuldender vores top 10 gennembrud for 2023, er anført nedenfor i kronologisk rækkefølge efter, hvornår de blev rapporteret i Fysik verden.
Til Xenofon Strakosas, Hanne Biesmans, Magnus Berggren og kolleger ved Linköpings Universitet, Lunds Universitet og Göteborgs Universitet for at udvikle en måde at skabe elektroniske kredsløb direkte inde i levende væv. Sammenkobling af neuralt væv med elektronik giver en måde at studere den komplekse elektriske signalering af nervesystemet eller modulere neurale kredsløb til at behandle sygdom. Men misforholdet mellem stiv elektronik og blødt væv risikerer at beskadige sarte levende systemer. I stedet brugte holdet en injicerbar gel til at skabe bløde elektroder direkte i kroppen. Efter injektion i levende væv nedbryder enzymer i gelen endogene metabolitter i kroppen, som udløser enzymatisk polymerisering af organiske monomerer i gelen og omdanner dem til stabile, bløde ledende elektroder. Forskerne validerede processen ved at injicere geler i zebrafisk og medicinske igler, hvor gelen polymeriserede og voksede elektroder i vævet.
Til Tejin Cai ved University of Rochester i USA og Canadas York University, og kolleger, der arbejder på Fermilabs MINERvA eksperiment for at vise, hvordan information om protonens indre struktur kan hentes fra neutrinoer, der spredes fra et plastikmål. Neutrinoer er subatomære partikler, der er berømte for sjældent at interagere med stof. Så der var tvivl, da Cai, en postdoc-forsker, foreslog, at lejlighedsvis spredning af neutrinoer fra protoner i plast kunne observeres. Den store udfordring for holdet var at observere signalet fra neutrinoer spredt fra enlige protoner (brintkerner) inden for den meget større baggrund af neutrinoer spredt af protoner bundet op i kulstofkerner. For at løse dette problem simulerede de det kulstofspredte signal og trak det omhyggeligt fra de eksperimentelle data. Ud over at give indsigt i protonens struktur, kunne teknikken også kaste yderligere lys over, hvordan neutrinoer interagerer med stof.
Til Celia Viermann og Markus Oberthaler fra universitetet i Heidelberg, Tyskland, sammen med Stefan Floerchinger fra University of Jena, Tyskland, og kolleger ved Universidad Complutense de Madrid, Spanien, Ruhr-Universität Bochum, Tyskland og Université libre de Bruxelles, Belgien, for at bruge et Bose-Einstein-kondensat (BEC) til at simulere et ekspanderende univers og kvantefelterne i den. I dette simulerede system repræsenterede kondensatet universet, mens fononer, der bevægede sig gennem det, spillede rollen som kvantefelterne. Ved at ændre spredningslængden af atomerne i BEC fik holdet "universet" til at udvide sig med forskellige hastigheder og studerede, hvordan fononerne udså tæthedsudsving i det. Teorier om kosmologi forudsiger, at lignende effekter var ansvarlige for at så storskala struktur i det tidlige univers, så det simulerede univers kan producere værdifuld indsigt i, hvordan det virkelige kom til at være, som det er i dag.
Til Romain Tirole , Riccardo Sapienza på Imperial College London og kolleger for demonstrationen af Youngs dobbeltspalteinterferens i tide. Det 19. århundredes observation af interferensen af lysbølger ved Thomas Young er et af de mest ikoniske eksperimenter i fysikkens historie og gav grundlæggende støtte til bølgeteorien om lys. Mens dette eksperiment og andre lignende det involverer diffraktion af lys gennem et par smalle spalter i rummet, viste forskere i Storbritannien og andre steder, at det er muligt at opnå den tilsvarende effekt ved at bruge dobbelte spalter i tide. Den tidsmæssige analog involverer fast momentum, men skiftende frekvens. Et materiale, hvori to spalter hurtigt opstår og derefter forsvinder, den ene efter den anden, skulle få indkommende bølger til at opretholde deres vej i rummet, men sprede sig ud i frekvens. Forskerne opnåede dette ved at tænde og slukke for reflektiviteten af et halvlederspejl to gange i hurtig rækkefølge og optage interferenskanter langs frekvensspektret af lys, der kastes fra spejlet. De så, at interferensen sker mellem bølger ved forskellige frekvenser - snarere end forskellige rumlige positioner. Værket kan have flere anvendelsesmuligheder såsom optiske kontakter til signalbehandling og kommunikation eller i optisk databehandling.
Til Ben Lanyon og kolleger ved universitetet i Innsbruck, Østrig, og universitetet i Paris-Saclay, Frankrig, for at konstruere en kvanterepeater og bruge den til at overføre kvanteinformation over en afstand på 50 km via standard telekommunikationsfibre og derved demonstrere alle nøglefunktionerne i et langdistance kvantenetværk i et enkelt system. Holdet skabte sin kvanterepeater ud fra et par fangede calcium-40 ioner, der udsender fotoner efter at være blevet belyst med en laserpuls. Disse fotoner, som hver især er viklet ind i deres "forældre" ion, konverteres derefter til telekommunikationsbølgelængder og sendes ned ad separate 25 km lange optiske fibre. Til sidst bytter repeateren sammenfiltringen på de to ioner og efterlader to sammenfiltrede fotoner 50 km fra hinanden - omtrent den afstand, der kræves for at skabe storskala netværk med flere noder.
Så Wai Hla, Volker Rose at Argonne National Laboratory i USA og kolleger til billeddannelse af et enkelt atom med synkrotron røntgenstråler. Indtil for nylig var den mindste prøvestørrelse, der kunne analyseres ved hjælp af synkrotron røntgen scanning tunneling mikroskopi, et attogram, som er omkring 10,000 atomer. Dette skyldes, at røntgensignalet produceret af et enkelt atom er ekstremt svagt, og konventionelle detektorer er ikke følsomme nok til at detektere det. For at komme uden om dette tilføjede holdet en skarp metalspids til en konventionel røntgendetektor, som er placeret kun 1 nm over prøven, der skal undersøges. Når den skarpe spids bevæges hen over overfladen af en prøve, tunnelerer elektroner gennem rummet mellem spidsen og prøven, hvilket skaber en strøm, og dette registrerer i det væsentlige "fingeraftryk", der er unikke for hvert element. Dette gjorde det muligt for holdet at kombinere den ultrahøje rumlige opløsning af scanning tunneling mikroskopi med den kemiske følsomhed, der leveres af intens røntgenbelysning. Teknikken kan føre til anvendelser i materialedesign såvel som i miljøvidenskab gennem evnen til at spore giftige materialer ned til ekstremt lave niveauer.
Til EIGER Samarbejde for at bruge James Webb Space Telescope (JWST) til at finde overbevisende beviser for, at tidlige galakser var ansvarlige for genioniseringen af det tidlige univers. Genionisering fandt sted omkring 1 milliard år efter Big Bang og involverede ionisering af brintgas. Dette gjorde det muligt for lys, der ville være blevet absorberet af brint, at rejse til teleskoperne i dag. Reionisering ser ud til at være begyndt som lokale bobler, der voksede og smeltede sammen. Disse bobler ville være blevet skabt af strålingskilder, og en mulighed er, at de kom fra stjerner i galakser. EIGER-forskerne brugte JWST's Near Infrared Camera til at se på lys fra gamle kvasarer, der var gået gennem de ioniserede bobler. De fandt en sammenhæng mellem placeringen af galakser og boblerne, hvilket tyder på, at lys fra disse tidlige galakser faktisk var ansvarlig for reionisering.
Til Meng Wang, Songlin Shi og Jay Fineberg fra det hebraiske universitet i Jerusalem, Israel, for at opdage, at revner i visse materialer kan sprede sig hurtigere end lydens hastighed. Resultatet modsiger både tidligere eksperimentelle resultater og forudsigelser baseret på klassisk teori, som siger, at supersonisk revneudbredelse ikke burde være mulig, fordi lydens hastighed i et materiale afspejler, hvor hurtigt mekanisk energi kan bevæge sig igennem det. Holdets observationer kan indikere tilstedeværelsen af såkaldte "supershear"-dynamikker styret af andre principper end dem, der styrer klassiske revner, som forudsagt af Michael Marder fra University of Texas i Austin, USA næsten 20 år tidligere.
Til ALPHA-samarbejde for at vise, at antistof reagerer på tyngdekraften på nogenlunde samme måde som stof. Fysikerne brugte ALPHA-g-eksperimentet på CERN til at lave den første direkte observation af fritfaldende antistofatomer - antibrint, der omfatter en antiproton bundet til en antielektron. Dette blev gjort i et højt cylindrisk vakuumkammer, hvor antihydrogen først blev holdt i en magnetisk fælde. Antihydrogenet blev frigivet fra fælden og fik lov til at tilintetgøre ved kammerets vægge. Holdet fandt ud af, at flere udslettelse fandt sted under udgivelsespunktet end over det. Efter at have overvejet den termiske bevægelse af antibrint, konkluderede holdet, at antistof falder ned. Det er fristende, at antibrintaccelerationen på grund af tyngdekraften var omkring 75 % af den, der opleves af normalt stof. Selvom denne måling har en lav statistisk signifikans, lader den døren stå åben for ny fysik ud over Standardmodellen.
Hæderlig omtale
En ærefuld omtale i vores top 10 for i år går til fysikere, der arbejder på $3.5 mia. National tændingsfacilitet (NIF) i USA for arbejde, der blev udført i laboratoriet i slutningen af sidste år, efter at vi valgte vores 2022-vindere (og så går glip af vores gennembrudsvalg i 2023). Den 13. december 2022 er laboratoriet annoncerede generering af mere energi fra en kontrolleret kernefusionsreaktion, end der var nødvendigt for at drive reaktionen. Laserskuddet, der blev udført den 5. december 2022, frigav 3.15 millioner joule (MJ) energi fra en lille pellet indeholdende to brintisotoper – sammenlignet med de 2.05 MJ, som disse lasere leverede til målet. Denne demonstration af nettoenergiforøgelse markerer en stor milepæl inden for laserfusion.
Fysik verdens dækning af Årets Gennembrud er støttet af Rapporter om fremskridt i fysik, som giver uovertruffen synlighed til din banebrydende forskning.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://physicsworld.com/a/brain-computer-interface-that-allowed-a-paralysed-man-to-walk-is-the-physics-world-2023-breakthrough-of-the-year/
- :har
- :er
- :ikke
- :hvor
- $3
- 000
- 1
- 10
- 13
- 15 %
- 160
- 20
- 20 år
- 2022
- 2023
- 50
- a
- evne
- Om
- over
- absorberet
- AC
- acceleration
- ulykke
- opnå
- opnået
- tværs
- aktivitet
- tilføjet
- Desuden
- fremme
- Efter
- algoritme
- Alle
- tilladt
- tillade
- sammen
- også
- Skønt
- an
- Ancient
- ,
- fra hinanden
- vises
- kommer til syne
- applikationer
- ER
- omkring
- Array
- kunstig
- AS
- samlet
- At
- atom
- austin
- Østrig
- auto
- baggrund
- baseret
- BE
- BEC
- fordi
- været
- begyndt
- være
- Belgien
- jf. nedenstående
- mellem
- Beyond
- Big
- Stort brag
- Billion
- krop
- både
- bundet
- Brain
- Pause
- gennembrud
- gennembrud
- BRIDGE
- Bringer
- men
- by
- ringe
- kom
- værelse
- CAN
- kulstof
- omhyggeligt
- Årsag
- CERN
- vis
- udfordre
- Kammer
- skiftende
- kemikalie
- valg
- klik
- klatre
- kolleger
- Kollegium
- kombinerer
- Kommunikation
- sammenlignet
- overbevisende
- fuldføre
- komplekse
- omfatter
- omfattende
- computing
- indgået
- udførelse
- tilsluttet
- Overvejer
- konstruere
- kontrol
- kontrolleret
- kontrol
- konventionelle
- konverteret
- konvertering af
- Korrelation
- Kosmologi
- kunne
- dækning
- sprække
- skabe
- oprettet
- Oprettelse af
- kriterier
- Nuværende
- beskadige
- data
- december
- leveret
- leverer
- demonstrerer
- tæthed
- Design
- opdage
- udviklet
- udvikling
- Udvikling
- enhed
- forskellige
- digital
- direkte
- direkte
- forsvinder
- opdage
- Sygdom
- afstand
- færdig
- Ved
- fordoble
- ned
- grund
- dynamik
- hver
- tidligere
- Tidligt
- Tidligt univers
- redaktører
- effekt
- effekter
- elektronisk
- Elektronik
- elektroner
- element
- andetsteds
- aktiveret
- muliggør
- energi
- nok
- miljømæssige
- enzymatisk
- Ækvivalent
- væsentlige
- bevismateriale
- Udvid
- ekspanderende
- erfarne
- eksperiment
- eksperimenterende
- eksperimenter
- ekstremt
- Falls
- falsk
- berømt
- hurtigere
- Fields
- Endelig
- Finde
- Fornavn
- fast
- udsving
- efter
- Til
- fundet
- Fransk vin
- Frekvens
- fra
- funktionaliteter
- fundamental
- yderligere
- fusion
- Gevinst
- Galakser
- GAS
- Generelt
- generation
- Tyskland
- få
- GitHub
- Goes
- reguleret
- tyngdekraften
- voksede
- Grid
- banebrydende
- vejlede
- havde
- sker
- Have
- have
- Hjerte
- hebrew
- Held
- hjulpet
- ham
- hans
- historie
- Home
- håber
- Hvordan
- Men
- HTML
- http
- HTTPS
- Hundreder
- Hydrogenering
- ikoniske
- Tænding
- billede
- Imaging
- Imperial
- Imperial College
- Imperial College London
- in
- Herunder
- Indgående
- uafhængigt
- angiver
- individuel
- oplysninger
- indvendig
- indsigt
- i stedet
- Intention
- intentioner
- interagere
- interaktion
- interesse
- grænseflade
- interferens
- interne
- ind
- intuitiv
- involvere
- involverede
- involverer
- isotoper
- israel
- spørgsmål
- IT
- ITS
- james
- James Webb Space Telescope
- jpg
- lige
- Nøgle
- viden
- lab
- storstilet
- større
- laser
- lasere
- Efternavn
- Sidste år
- Sent
- føre
- forlader
- Længde
- niveauer
- lys
- ligesom
- Børsnoterede
- levende
- lokale
- placeringer
- logo
- London
- Se
- Lav
- lave niveauer
- lavere
- lavet
- vedligeholde
- større
- lave
- mand
- materiale
- Materiale design
- materialer
- Matter
- max-bredde
- Kan..
- måling
- mekanisk
- lægemiddel
- Mød
- nævne
- Mikroskopi
- milepæl
- million
- spejl
- misses
- MJ
- model
- momentum
- Overvåg
- mere
- mest
- bevægelse
- Motor
- bevæge sig
- flyttet
- bevægelse
- bevægelser
- flytning
- meget
- flere
- skal
- national
- I nærheden af
- næsten
- behov
- netto
- netværk
- net
- Neural
- neutrinoer
- Ny
- nyheder
- ni
- node
- noder
- normal
- nukleare
- Kernefusion
- observation
- observationer
- observeret
- lejlighedsvis
- forekom
- of
- off
- Tilbud
- Ohio
- on
- ONE
- åbent
- opererer
- or
- ordrer
- organisk
- Andet
- Andre
- vores
- ud
- i løbet af
- par
- panel
- deltager
- Bestået
- sti
- Mennesker
- udføres
- permanent
- Fotoner
- Fysik
- Fysik verden
- plukket
- placeret
- plast
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- spillet
- tilfreds
- Punkt
- positioner
- Muligheden
- mulig
- magt
- forudsige
- forudsagde
- Forudsigelser
- tilstedeværelse
- tidligere
- principper
- Problem
- behandle
- forarbejdning
- producere
- produceret
- producerer
- Progress
- formering
- protoner
- forudsat
- giver
- leverer
- offentliggjort
- puls
- Quantum
- kvanteinformation
- Hurtig
- hurtigt
- Stråling
- hurtigt
- sjældent
- priser
- hellere
- reaktion
- ægte
- virkelige verden
- realtid
- for nylig
- optage
- optagelse
- afspejler
- genvinde
- region
- regioner
- frigive
- frigivet
- pålidelig
- forblevet
- rapporteret
- Rapporter
- repræsenteret
- påkrævet
- forskning
- forsker
- forskere
- Løsning
- Svar
- ansvarlige
- genoprette
- resultere
- Resultater
- stiv
- risici
- roller
- groft
- samme
- så
- scanning
- spredt
- Videnskab
- videnskabelig
- Anden
- halvleder
- følsom
- Følsomhed
- sendt
- adskille
- flere
- skarp
- kaste
- shot
- bør
- viste
- viser
- Signal
- signaler
- betydning
- lignende
- enkelt
- Størrelse
- So
- Soft
- SOLVE
- Lyd
- Kilder
- Space
- rumteleskop
- Spanien
- rumlige
- Spectrum
- hastighed
- spredes
- stabil
- stå
- standard
- Stjerner
- Tilstand
- statistiske
- stimulere
- Historier
- struktur
- studeret
- Studere
- subatomære partikler
- sådan
- supersonisk
- tilsyn
- support
- Understøttet
- overflade
- Kirurgi
- Swaps
- systemet
- Systemer
- mål
- hold
- teknik
- telekommunikation
- telekommunikation
- teleskop
- Telescope
- afprøvet
- Texas
- end
- at
- UK
- deres
- Them
- derefter
- teori
- Der.
- derved
- termisk
- Disse
- de
- denne
- i år
- dem
- Gennem
- thumbnail
- tid
- tip
- væv
- væv
- til
- i dag
- sammen
- også
- top
- Top 10
- spore
- overførsel
- fanget
- rejse
- krydse
- behandle
- udløse
- tunnel
- Drejning
- To gange
- to
- Uk
- enestående
- Universe
- universitet
- uden sidestykke
- indtil
- opdateringer
- us
- brug
- anvendte
- Bruger
- ved brug af
- Vacuum
- valideret
- Værdifuld
- meget
- via
- synlighed
- gå
- gå
- wang
- var
- Wave
- bølgelængder
- bølger
- Vej..
- we
- web
- Hjemmeside
- GODT
- var
- hvornår
- som
- mens
- WHO
- Hele
- hvorfor
- vinder
- vindere
- med
- inden for
- uden
- Arbejde
- arbejder
- world
- ville
- røntgen
- år
- år
- york
- Din
- zephyrnet