Etter at en pasient har fått operert hjernen må legene følge nøye med. Det kan komme hevelser etter operasjonen, og det kan øke trykket på hjernen.

Nå foreslår en amerikansk forskergruppe en ny type databrikke som kan opereres inn i kroppen, og nå tester de ut en versjon for hjerneopererte pasienter.

Det spesielle med brikken er at den løser seg opp etter en liten stund, i hvert fall i teorien. Studien av sensoren er publisert i Nature.

• Les også: Verdens minste fabrikk

Som et riskorn

Brikkene som ble laget for eksperimentet overvåket trykk og temperatur i hjernen, og ulike typer brikker ble operert inn i rottehjerner. Målet er at signalene fra brikken skal overføres trådløst.

Forskerne argumenter med at brikken kan erstatte andre typer overvåkende elektroniske implantater, som ofte opereres inni områder der det oppstår infeksjoner. Pasienten må også gjennom en ny operasjon for å fjerne det legene har satt inn.

Brikken består av et syltynt silisiumlag. Ifølge forskerne vil silisiummiksen løse seg opp i spinalvæsken, og skal ikke etterlate seg noen skadelige stoffer. De mener at sensoren kan fungere stabilt i tre dager før den begynner å gå i oppløsning.

Selve sensoren er knøttliten, omtrent på størrelse med et riskorn.

Men dette er fortsatt på idéstadiet. Forskerne har gjort noen rotteforsøk for å se hvordan brikken kan fungere i praksis.

Delvis nedbrytbar

De gjorde to forskjellige eksperimenter for å teste brikken. En rotte fikk operert inn en sensor som ikke kunne sende trådløst. Her ble sensoren plassert i selve hjernen, og forskerne mener at de fikk like gode målinger som tilsvarende systemer som finnes i dag.

Sensoren kunne bare delvis oppløses, men de viser at det er mulig å bruke selvoppløsende ledninger og elektronikk i en sånn brikke.

Det andre eksperimentet skulle teste trådløs overføring. En sensor ble operert inn i en annen rotte, men sensoren ble lagt oppå hodeskallen, ikke inne i hjernen.

• Les også: De nye kroppsbyggerne

Samme som i mobilen din

Forskerne brukte en NFC-sensor til å overføre data. NFC står for near-field-communcation, og har blitt en vanlig trådløs-standard som finnes i de fleste mobiltelefoner. De brukes blant annet til musikkoverføring og mobilbetaling.

Sensoren var også delvis nedbrytbar, og forskerne klarte å kommunisere trådløst med databrikken i rotteskallen.

Denne sensoren føyer seg inn i rekken av bittesmå roboter og maskiner som en gang kan fyke rundt i kroppene våre og passe på helsen vår. Noen går så langt som å spå at de kan gi oss evig liv.

Men dette er langt inn i framtiden. Det er også et stykke igjen før de nedbrytbare sensorene blir virkelighet, hvis det noen gang skjer.

Forskerne må sette brikken gjennom omfattende menneskelig utprøving, og brikkene må utvikles slik at de blir mindre og helt nedbrytbare i praksis.

Referanse:

Rogers mfl: Bioresorbable silicon electronic sensors for the brain. Nature, januar 2016. DOI: 10.1038/nature16492. Sammendrag.

Se for deg et stort publikum på en populær messe. Det er massevis av mennesker samlet inne i en messearena med ulike avdelinger. Plutselig går brannalarmen. Røyklukt siver inn. Alle vil ut – samtidig!

Blir det ubehagelig trykk og press på utgangene eller klarer de å gå ut uten trengsel?

Steinar Børve ved Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) kan beregne hvor lang tid det tar å evakuere slike lokaler. Til dette har han en simuleringsmodell for å studere menneskemengder numerisk. I en simulert messearena kan han se hvor mye trykk vi må forvente i mengden. Det beste er å ha minst mulig variasjon i fart mellom hver person. Da kommer de raskest ut.

– Modellen er også i stor grad deskriptiv. Jo mer observasjonsdata vi har tilgang til, dess mer nøyaktige modeller kan vi lage. I tillegg baserer jeg koden på data om dimensjonene og yteevnen til menneskekroppen, sier Børve.

Simuleringen under viser en evakuering med middels nivå av panikk, der farta er 4,5 meter per sekund. Det blir trangt ved flaskehalsene, men folk kommer seg ut med kortest mulig evakueringstid. Simuleringen er laget av FFI-forsker Steinar Børve.

Turbulens på bakken

Ulike fenomener er karakteristiske for dynamikken til menneskemengder. Det mest interessante er ifølge Børve den skarpe overgangen vi kan se fra relativt fin flyt av mennesker til en potensielt livsfarlig forstoppelse.

Dette skjer på grunn av turbulens i en mengde. Forskerne kaller det gruppeturbulens.

Når alle strømmer i samme retning i fine rekker, henter de fram enda mer terminologi fra meteorologien og kaller det laminær strøm, det motsatte av turbulens.

– Det vil da være relativt god avstand mellom personene som kan bevege seg med små variasjoner i farta. Ved større og tettere mengder får vi etter hvert såkalte stop-and-go bølger. Som navnet tilsier, er bevegelsene til personene da preget av stadig start og stopp.

– Dette øker variasjonen i tetthet og reduserer den midlere strømraten. Ved enda høyere tetthet, typisk rundt sju personer per kvadratmeter, vil gruppeturbulens inntreffe, sier Børve.

Studerer ulykker

Trykket i mengden øker da raskt, og individene kan i svært liten grad bestemme sin egen dynamikk. Personer kan bli forflyttet bakover eller framover, løftet opp eller trykket ned. Trykket kan i verste fall føre til kvelning eller ribbeinsbrudd. Skadde personer kan bare reddes ut fra lufta.

Under muslimenes årlige pilegrimsvandring Hajj i 2006 ble 363 mennesker klemt i hjel da de skulle utføre ritualet «steining av djevelen», der småstein ble kastet mot tre søyler i byen Mina like utenfor Mekka.

Den hendelsen er mye studert av forskere, og etter mange liknende ulykker bygde saudiarabiske myndigheter i 2009 tre massive vegger istedenfor de tre søylene til småsteinkastingen og et femetasjes brokompleks, for å gjøre ritualet tryggere.

– Studier av slike ulykker med gruppeturbulens gir kunnskap som vi kan bruke til å identifisere potensielt farlige situasjoner og ta forholdsregler.

I dette tilfellet var tiltakene for små. I fjor mistet, ifølge Associated Press, over 2400 mennesker livet da de var på vei til nettopp dette ritualet under Hajj. Det var flere enn noen gang før.

Tyskerne går saktere

Beregninger av gruppedynamikk basert på matematiske formler kan også være problematiske fordi mennesker, også i grupper, reagerer ulikt avhengig av hvordan kulturen er i ulike land. Tenk på køkultur i Tyskland versus Kina, for eksempel. Dessuten er det ulikheter i hvor nært folk liker å stå og gå ved siden av andre.

I et eksperiment i 2009 testet tyske og indiske forskere nettopp dette, ved at en gruppe tyskere og en gruppe indere fikk gå rundt et ellipseformet hinder. Så lenge de gikk en og en, gikk de to nasjonalitetene omtrent like fort, men da gruppa med folk som gikk sammen ble større, gikk den indiske gruppa gjennomgående kjappere enn den tyske.

– I det tysk-indiske eksperimentet er det viktig å få fram at de to gruppene faktisk hadde mange likheter i måtene de endret hastigheten på. Det er likevel all grunn til å tro at kulturelle faktorer spiller en viktig rolle i gruppedynamiske fenomener.

– Derfor bør forskere så langt det lar seg gjøre kalibrere modellene til den gruppa av mennesker de vil studere, sier Børve.

Referanse:

Børve: A new, robust crowd dynamics simulation model. FFI-rapport 2015/01750, 2015.