Ryggmärgsskada kan koppla bort kommunikationen mellan hjärnan och den region av ryggmärgen som producerar gång, vilket kan leda till permanent förlamning. För att återställa denna kommunikation utvecklade teamet ett gränssnitt mellan hjärna och ryggrad, bestående av två implanterbara system: ett för att registrera kortikal aktivitet och det andra för att elektriskt stimulera området av ryggmärgen som styr benrörelserna.
För att övervaka signaler från hjärnan, implanteras ett 64-kanaligt rutnät av elektroder i deltagarens hjärna i regioner som svarar på avsikten att flytta de nedre extremiteterna. En artificiell intelligensbaserad algoritm avkodar sedan dessa hjärnsignaler i realtid, för att förutsäga användarens motoriska avsikter, och omvandlar dem till stimuleringskommandon för att aktivera benmusklerna.
Den andra enheten är en neurostimulator ansluten till en elektroduppsättning, som implanteras över området av ryggmärgen som styr benrörelserna. Den här enheten levererar den elektriska stimuleringen som krävs för att aktivera benmusklerna – i huvudsak skapar en digital bro mellan hjärnan och ryggmärgen. Hela systemet fungerar trådlöst, vilket gör att en användare kan röra sig självständigt.
Teamet testade systemet på en 38-årig man med en ryggmärgsskada från en cykelolycka 10 år tidigare. Efter implantatoperation gjorde bron det möjligt för deltagaren att återfå intuitiv kontroll över sina benrörelser, vilket gjorde det möjligt för honom att stå, gå med kryckor, klättra i trappor och korsa komplexa terränger. Gränssnittet mellan hjärna och ryggrad förblev pålitligt och stabilt i över ett års användning, inklusive hemma utan övervakning.
Den här forskningen ger hopp till människor med ryggmärgsskada och det är därför vi är mycket glada över att kalla det för vårt Årets genombrott för 2023.
Urvalskriterier
Smakämnen Fysikvärlden Årets genombrott 2023 valdes av en panel av Fysikvärlden redaktörer, som sållade igenom hundratals forskningsuppdateringar och nyhetsartiklar som publicerats på webbplatsen i år inom alla fysikområden. Förutom att ha anmälts i Fysikvärlden 2023 måste vinnaren uppfylla följande kriterier:
- Betydande framsteg i kunskap eller förståelse
- Vikten av arbete för vetenskapliga framsteg och/eller utveckling av verkliga tillämpningar
- Av allmänt intresse för Fysikvärlden läsare
De nio tvåorna som fullbordar våra topp 10 genombrott för 2023 listas nedan i kronologisk ordning efter när de rapporterades i Fysikvärlden.
Till Xenofon Strakosas, Hanne Biesmans, Magnus Berggren och kollegor vid Linköpings universitet, Lunds universitet och Göteborgs universitet för att utveckla ett sätt att skapa elektroniska kretsar direkt inuti levande vävnad. Att interagera neural vävnad med elektronik ger ett sätt att studera den komplexa elektriska signaleringen av nervsystemet eller modulera neurala kretsar för att behandla sjukdom. Men oöverensstämmelsen mellan stel elektronik och mjukvävnad riskerar att skada känsliga levande system. Istället använde teamet en injicerbar gel för att skapa mjuka elektroder direkt i kroppen. Efter injektion i levande vävnad bryter enzymer i gelén ner endogena metaboliter i kroppen, vilket utlöser enzymatisk polymerisation av organiska monomerer i gelén och omvandlar dem till stabila, mjuka ledande elektroder. Forskarna validerade processen genom att injicera geler i zebrafisk och medicinska blodiglar, där gelén polymeriserade och växte elektroder i vävnaden.
Till Tejin Cai vid University of Rochester i USA och Kanadas York University, och kollegor som arbetar med Fermilabs MINERvA experiment för att visa hur information om protonens inre struktur kan hämtas från neutriner som sprids från ett plastmål. Neutrinos är subatomära partiklar som är kända för att sällan interagera med materia. Så det fanns tvivel när Cai, en postdoktoral forskare, föreslog att en och annan spridning av neutriner från protoner i plast kunde observeras. Den stora utmaningen för laget var att observera signalen från neutriner spridda från ensamma protoner (vätekärnor) inom den mycket större bakgrunden av neutriner spridda av protoner bundna i kolkärnor. För att lösa detta problem simulerade de den kolspridda signalen och subtraherade den försiktigt från experimentdata. Förutom att ge insikter i protonens struktur kan tekniken också belysa hur neutriner interagerar med materia.
Till Celia Viermann och Markus Oberthaler vid universitetet i Heidelberg, Tyskland, tillsammans med Stefan Floerchinger vid universitetet i Jena, Tyskland, och kollegor vid Universidad Complutense de Madrid, Spanien, Ruhr-Universität Bochum, Tyskland och Université libre de Bruxelles, Belgien, för att använda ett Bose–Einstein-kondensat (BEC) för att simulera ett expanderande universum och kvantfälten inom den. I detta simulerade system representerade kondensatet universum, medan fononer som rörde sig genom det spelade rollen som kvantfälten. Genom att ändra spridningslängden för atomerna i BEC fick teamet "universum" att expandera i olika takt och studerade hur fononerna sådde täthetsfluktuationer inom det. Teorier om kosmologi förutspår att liknande effekter var ansvariga för att så storskalig struktur i det tidiga universum, så det simulerade universum kan ge värdefulla insikter om hur det verkliga kom att bli som det är idag.
Till Romain Tirole och Riccardo Sapienza vid Imperial College London och kollegor för demonstrationen av Youngs dubbelslitsinterferens i tid. 19-talets observation av interferens av ljusvågor av Thomas Young är ett av de mest ikoniska experimenten i fysikens historia och gav grundläggande stöd till vågteorin om ljus. Medan det experimentet och andra liknande det involverar diffraktion av ljus genom ett par smala slitsar i rymden, visade forskare i Storbritannien och på andra håll att det är möjligt att uppnå motsvarande effekt med dubbla slitsar i tid. Den temporala analogen innebär ett fast momentum men växlande frekvens. Ett material där två slitsar snabbt uppstår och sedan försvinner, en efter en, bör få inkommande vågor att behålla sin väg i rymden men spridas ut i frekvens. Forskarna uppnådde detta genom att slå på och av reflektionsförmågan hos en halvledarspegel två gånger i snabb följd och registrera interferensfransar längs frekvensspektrumet av ljus som studsade från spegeln. De såg att interferensen sker mellan vågor vid olika frekvenser – snarare än olika rumsliga positioner. Arbetet kan ha flera tillämpningar såsom optiska omkopplare för signalbehandling och kommunikation eller inom optisk beräkning.
Till Ben Lanyon och kollegor vid universitetet i Innsbruck, Österrike, och universitetet i Paris-Saclay, Frankrike, för att konstruera en kvantrepeater och använda den för att överföra kvantinformation över en sträcka av 50 km via vanliga telekommunikationsfibrer, och därigenom demonstrera alla nyckelfunktioner för ett långväga kvantnät i ett enda system. Teamet skapade sin kvantrepeater från ett par fångade kalcium-40-joner som avger fotoner efter att ha blivit upplysta med en laserpuls. Dessa fotoner, som var och en är intrasslad med sin "moder" jon, omvandlas sedan till telekommunikationsvåglängder och skickas ner separata 25 km långa optiska fibrer. Slutligen byter repeatern intrasslingen på de två jonerna och lämnar två intrasslade fotoner 50 km från varandra – ungefär det avstånd som krävs för att skapa storskaliga nätverk med flera noder.
Såg Wai Hla, Volker Rose at Argonne National Laboratory i USA och kollegor för avbildning av en enda atom med synkrotronröntgenstrålar. Tills nyligen var den minsta provstorleken som kunde analyseras med synkrotronröntgen tunnelmikroskopi ett attogram, som är cirka 10,000 1 atomer. Detta beror på att röntgensignalen som produceras av en enda atom är extremt svag och konventionella detektorer är inte tillräckligt känsliga för att upptäcka den. För att komma runt detta lade teamet till en vass metallspets till en konventionell röntgendetektor, som placeras bara XNUMX nm ovanför provet som ska studeras. När den skarpa spetsen flyttas över ytan av ett prov, tunnelerar elektroner genom utrymmet mellan spetsen och provet, vilket skapar en ström och detta upptäcker i huvudsak "fingeravtryck" som är unika för varje element. Detta gjorde det möjligt för teamet att kombinera den ultrahöga rumsliga upplösningen av skanningstunnelmikroskopi med den kemiska känsligheten som tillhandahålls av intensiv röntgenbelysning. Tekniken skulle kunna leda till tillämpningar inom materialdesign såväl som inom miljövetenskap genom förmågan att spåra giftiga material ner till extremt låga nivåer.
Till EIGER Samarbete för att ha använt rymdteleskopet James Webb (JWST) för att hitta övertygande bevis för att tidiga galaxer var ansvariga för återjoniseringen av det tidiga universum. Återjonisering inträffade cirka 1 miljard år efter Big Bang och involverade jonisering av vätgas. Detta gjorde det möjligt för ljus som skulle ha absorberats av väte att resa till dagens teleskop. Återjonisering verkar ha börjat som lokala bubblor som växte och smälte samman. Dessa bubblor skulle ha skapats av strålningskällor, och en möjlighet är att de kom från stjärnor i galaxer. EIGER-forskarna använde JWST:s Near Infrared Camera för att titta på ljus från gamla kvasarer som hade passerat genom de joniserade bubblorna. De hittade en korrelation mellan placeringen av galaxer och bubblorna, vilket tyder på att ljus från dessa tidiga galaxer verkligen var ansvarigt för återjonisering.
Till Meng Wang, Songlin Shi och Jay Fineberg från Hebrew University of Jerusalem, Israel, för att ha upptäckt att sprickor i vissa material kan spridas snabbare än ljudets hastighet. Resultatet motsäger både tidigare experimentella resultat och förutsägelser baserade på klassisk teori, som säger att supersonisk sprickutbredning inte bör vara möjlig eftersom ljudhastigheten i ett material reflekterar hur snabbt mekanisk energi kan röra sig genom det. Teamets observationer kan indikera närvaron av så kallad "supershear" dynamik som styrs av andra principer än de som styr klassiska sprickor, som förutspåtts av Michael Marder från University of Texas i Austin, USA nästan 20 år tidigare.
Till ALPHA-samarbete för att visa att antimateria reagerar på gravitationen på ungefär samma sätt som materia. Fysikerna använde ALPHA-g-experimentet vid CERN för att göra den första direkta observationen av fritt fallande antimateriaatomer – antiväte som består av en antiproton bunden till en antielektron. Detta gjordes i en hög cylindrisk vakuumkammare där antiväte först hölls i en magnetfälla. Antivätet frigjordes från fällan och tilläts förintas vid kammarens väggar. Teamet fann att fler förintelser inträffade under släpppunkten än ovanför den. Efter att ha övervägt antivätets termiska rörelse, drog teamet slutsatsen att antimateria faller ner. Förtrollande nog var antivätets acceleration på grund av gravitationen cirka 75 % av den som upplevs av normal materia. Även om denna mätning har låg statistisk signifikans, lämnar den dörren öppen för ny fysik bortom Standardmodellen.
Hederligt omnämnande
Ett hedersomnämnande i vår topp 10 för i år går till fysiker som arbetar på 3.5 miljarder dollar Nationell tändanläggning (NIF) i USA för arbete som utfördes på labbet i slutet av förra året efter att vi valde våra 2022 vinnare (och så missar vårt genombrottsval 2023 också). Den 13 december 2022 labbet meddelade generering av mer energi från en kontrollerad kärnfusionsreaktion än vad som behövdes för att driva reaktionen. Laserskottet, utfört den 5 december 2022, frigjorde 3.15 miljoner joule (MJ) energi från en liten pellet som innehöll två väteisotoper – jämfört med de 2.05 MJ som dessa lasrar levererade till målet. Denna demonstration av nettoenergivinst markerar en viktig milstolpe inom laserfusion.
Fysikvärlden’s bevakning av Årets genombrott stöds av Rapporter om framsteg i fysik, som erbjuder oöverträffad synlighet för din banbrytande forskning.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/brain-computer-interface-that-allowed-a-paralysed-man-to-walk-is-the-physics-world-2023-breakthrough-of-the-year/
- : har
- :är
- :inte
- :var
- $3
- 000
- 1
- 10
- 13
- 15%
- 160
- 20
- 20 år
- 2022
- 2023
- 50
- a
- förmåga
- Om oss
- ovan
- absorberad
- AC
- acceleration
- olycka
- Uppnå
- uppnås
- tvärs
- aktivitet
- lagt till
- Dessutom
- avancera
- Efter
- algoritm
- Alla
- tillåts
- tillåta
- längs
- också
- Även
- an
- Ancient
- och
- isär
- visas
- visas
- tillämpningar
- ÄR
- runt
- array
- konstgjord
- AS
- sammansatta
- At
- atomen
- austin
- Österrike
- bil
- bakgrund
- baserat
- BE
- BEC
- därför att
- varit
- börjat
- Där vi får lov att vara utan att konstant prestera,
- Belgien
- nedan
- mellan
- Bortom
- Stor
- Big Bang
- Miljarder
- kropp
- båda
- bunden
- Hjärna
- Ha sönder
- genombrott
- genombrott
- BRO
- Bringar
- men
- by
- Ring
- kom
- rum
- KAN
- kol
- försiktigt
- Orsak
- CERN
- vissa
- utmanar
- Klimatkammare
- byte
- kemisk
- val
- klick
- klättra
- kollegor
- College
- kombinera
- Kommunikation
- jämfört
- övertygande
- fullborda
- komplex
- innefattar
- innefattande
- databehandling
- ingås
- ledande
- anslutna
- med tanke på
- konstruera
- kontroll
- kontrolleras
- kontroller
- konventionell
- konverterad
- omvandling
- Korrelation
- kosmologi
- kunde
- täckning
- spricka
- skapa
- skapas
- Skapa
- kriterier
- Aktuella
- skada
- datum
- December
- levereras
- levererar
- demonstrera
- densitet
- Designa
- upptäcka
- utvecklade
- utveckla
- Utveckling
- anordning
- olika
- digital
- rikta
- direkt
- försvinna
- upptäcka
- Sjukdom
- avstånd
- gjort
- Dörr
- dubbla
- ner
- grund
- Dynamiken
- varje
- Tidigare
- Tidig
- Tidiga universum
- redaktörer
- effekt
- effekter
- Elektronisk
- Elektronik
- elektroner
- elementet
- annorstädes
- aktiverad
- möjliggör
- energi
- tillräckligt
- miljömässigt
- enzymatisk
- Motsvarande
- väsentligen
- bevis
- Bygga ut
- expanderande
- erfaren
- experimentera
- experimentell
- experiment
- extremt
- Falls
- falsk
- kända
- snabbare
- Fält
- Slutligen
- hitta
- Förnamn
- fixerad
- fluktuationer
- efter
- För
- hittade
- Frankrike
- Frekvens
- från
- funktionaliteter
- grundläggande
- ytterligare
- sammansmältning
- Få
- galaxer
- GAS
- Allmänt
- generering
- Tyskland
- skaffa sig
- GitHub
- Går
- regleras
- tyngdkraften
- växte
- Rutnät
- banbrytande
- styra
- hade
- händer
- Har
- har
- Hjärta
- hebrew
- Held
- hjälpte
- honom
- hans
- historia
- Hem
- hoppas
- Hur ser din drömresa ut
- Men
- html
- http
- HTTPS
- Hundratals
- Hydrering
- ikoniska
- Ignition
- bild
- Imaging
- Imperial
- Imperial College
- Imperial College London
- in
- Inklusive
- Inkommande
- oberoende av
- indikerar
- individuellt
- informationen
- inuti
- insikter
- istället
- Avsikt
- intentioner
- interagera
- interagera
- intresse
- Gränssnitt
- störningar
- inre
- in
- intuitiv
- engagera
- involverade
- innebär
- isotoper
- Israel
- fråga
- IT
- DESS
- james
- James Webb rymdteleskop
- jpg
- bara
- Nyckel
- kunskap
- lab
- storskalig
- större
- Lasern
- lasrar
- Efternamn
- Förra året
- Sent
- leda
- lämnar
- Längd
- nivåer
- ljus
- tycka om
- Noterade
- levande
- lokal
- platser
- logotyp
- london
- se
- Låg
- låga nivåer
- lägre
- gjord
- bibehålla
- större
- göra
- människa
- Materialet
- Materialdesign
- material
- Materia
- max-bredd
- Maj..
- mätning
- mekanisk
- medicinskt
- Möt
- nämna
- Mikroskopi
- milstolpe
- miljon
- spegel
- missar
- MJ
- modell
- Momentum
- Övervaka
- mer
- mest
- rörelse
- Motor
- flytta
- rörd
- rörelse
- rörelser
- rörliga
- mycket
- multipel
- måste
- nationell
- Nära
- nästan
- behövs
- netto
- nät
- nätverk
- neural
- neutriner
- Nya
- nyheter
- nio
- nod
- noder
- normala
- nukleär
- Kärnfusion
- observationen
- observationer
- observerad
- tillfällig
- inträffade
- of
- sänkt
- Erbjudanden
- Ohio
- on
- ONE
- öppet
- fungerar
- or
- beställa
- ekologisk
- Övriga
- Övrigt
- vår
- ut
- över
- par
- panel
- deltagare
- Godkänd
- bana
- Personer
- utfört
- permanenta
- Fotoner
- Fysik
- Fysikvärlden
- plockade
- placeras
- plast
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- spelat
- nöjd
- Punkt
- positioner
- Möjligheten
- möjlig
- kraft
- förutse
- förutsagda
- Förutsägelser
- Närvaron
- föregående
- Principerna
- Problem
- process
- bearbetning
- producera
- producerad
- producerar
- Framsteg
- förökning
- protoner
- förutsatt
- ger
- tillhandahålla
- publicerade
- puls
- Quantum
- kvantinformation
- Snabbt
- snabbt
- Strålning
- snabbt
- sällan
- rates
- snarare
- Reaktionen
- verklig
- verkliga världen
- realtid
- nyligen
- post
- inspelning
- Reflekterar
- återfå
- region
- regioner
- frigöra
- frigörs
- pålitlig
- förblev
- Rapporterad
- Rapport
- representerade
- Obligatorisk
- forskning
- forskaren
- forskare
- Upplösning
- Svara
- ansvarig
- återställa
- resultera
- Resultat
- styv
- risker
- Roll
- ungefär
- Samma
- såg
- scanning
- spridda
- Vetenskap
- vetenskaplig
- Andra
- halvledare
- känslig
- Känslighet
- skickas
- separat
- flera
- skarp
- skjul
- skott
- skall
- visade
- visar
- Signal
- signaler
- signifikans
- liknande
- enda
- Storlek
- So
- Mjuk
- LÖSA
- ljud
- Källor
- Utrymme
- rymdteleskop
- Spanien
- rumsliga
- Spektrum
- fart
- spridning
- stabil
- stå
- standard
- Stjärnor
- Ange
- statistisk
- stimulera
- Upplevelser för livet
- struktur
- studerade
- Läsa på
- subatomära partiklar
- sådana
- överljuds-
- övervakning
- stödja
- Som stöds
- yta
- Kirurgi
- swappar
- system
- System
- Målet
- grupp
- Tekniken
- telekommunikationer
- telekom
- teleskop
- teleskop
- testade
- texas
- än
- den där
- Smakämnen
- Storbritannien
- deras
- Dem
- sedan
- Teorin
- Där.
- vari
- termisk
- Dessa
- de
- detta
- i år
- de
- Genom
- miniatyr
- tid
- Tips
- vävnad
- vävnader
- till
- i dag
- tillsammans
- alltför
- topp
- Top 10
- spåra
- överföring
- instängd
- färdas
- korsa
- behandla
- utlösa
- tunnel
- Vrida
- Dubbelt
- två
- Uk
- unika
- Universum
- universitet
- enastående
- tills
- Uppdateringar
- us
- användning
- Begagnade
- Användare
- med hjälp av
- Vakuum
- validerade
- Värdefulla
- mycket
- via
- synlighet
- gå
- gående
- Wang
- var
- Våg
- våglängder
- vågor
- Sätt..
- we
- webb
- Webbplats
- VÄL
- były
- när
- som
- medan
- VEM
- Hela
- varför
- vinnare
- vinnare
- med
- inom
- utan
- Arbete
- arbetssätt
- världen
- skulle
- röntgen
- år
- år
- york
- Din
- zephyrnet