Kaip Lietuvoje tramdomas chaosas (7)
„Pyrago metodo“ perspektyvos Ar nesibaiminate, kad vieną dieną Pyrago metodas bus išsemtas?
Ligi šiol kalbėjome, kas yra įgyvendinta. Dabar apie perspektyvas. Buvo kelios įdomios anglų tyrinėtojų publikacijos, iš kurių reikėtų išskirti britės Antonijos J. Džons (Antonia J. Jones) straipsnius solidžiuose žurnaluose. Tai dirbtinių Žemės palydovų valdymui skirti straipsniai. Man įdomiausia šio darbo išvada.
Įsivaizduokime kosminėje erdvėje skrendantį palydovą ar raketą. Jai būtini šoniniai varikliai – stabilizavimui, antraip raketa ar palydovas vartysis. Kad to nebūtų, montuojami šoniniai varikliai, naudojantys suslėgtas dujas. Valdymui taikomas grįžtamojo ryšio principas. Tai štai dabartinėse raketose naudojami tam tikri valdymo metodai, o straipsnyje nagrinėjami trys raketos valdymo metodai, pabaigoje daroma išvada: Pyrago metodas šiam tikslui tinka geriausiai. Apgailestaujama, kad mano metodo taikymas raketų ir palydovų valdymui bei stabilizavimui pavėluotas. Tolesnės šio darbo eigos nežinau, o straipsnis 2000 m. išspausdintas žurnale Physica D (Vol. 135, No. 1–2), autoriai – Albanas Pui Man Cui (Alban Pui Man Tsui) ir Antonija J. Džons.
2005 m. paskelbta nauja atominės skiriamosios gebos mikroskopo valdymo idėja. Už šio mikroskopo sukūrimą paskirta Nobelio premija. Tunelinis mikroskopas – atskiras šio tipo mikroskopų modelis. Jų visų veikimo principas gana paprastas. Reikia padaryti labai ploną adatą (mikrometrų dydžio), kurią priartinus prie tiriamojo paviršiaus galėtų jį zonduoti.
Šią idėją pavyko įgyvendinti tik tada, kai atsirado labai tikslios technologijos ir preciziško valdymo galimybės. Be kompiuterinių technologijų – čia nė iš vietos. Tačiau pati idėja iš principo nėra nauja. Tų idėjos įgyvendinimo būdų yra daug, o vienas iš jų – adata virpinama ir traukiama per tiriamąjį paviršių. Adata fiksuoja menkiausius paviršiaus pokyčius. Virpinant adatą rezonansiniu dažniu ji jautriai reaguoja į atomų potencialinį lauką. Priklausomai nuo adatos padėties paviršiuje, skirtingai prasistumia fazė tarp adatos virpėjimo ir išorinės jėgos. Skenuojant paviršių, informacija apie paviršiaus būseną koduojama šiuo fazių skirtumu.
Atliekant tyrimus šiuo mikroskopu kartais stebimi chaotiniai adatos virpesiai. Juos lemia grynai netiesiniai reiškiniai – virpanti adata juda neparabolinėje atominio potencialo duobėje. Chaosas riboja mikroskopo taikymo galimybes, nes, kai fazių skirtumas kinta chaotiškai, prietaisas vartojimui netinka. Adatos chaotinių virpesių pašalinimui japonų tyrinėtojai Kohei Yamasue ir Takashi Hikihara neseniai pasiūlė taikyti mano metodą. Savo teoriniame darbe, atspausdintame žurnale Review of Scientific Inctruments (Vol. 77) 2006 m., jie parodė, kad panaudojus uždelsto grįžtamojo ryšio valdymo algoritmą galima iš esmės praplėsti mikroskopo veikimo ribas.
Apie mediciną – lygčių lygiu Pastebėjau, kad eksperimentatorius minite ir vardijate su dideliu pietizmu, bet daug santūriau kalbate apie fizikus teoretikus. Jums išties eksperimentatoriai įdomesni kaip žmonės ir tyrinėtojai?
Aišku įdomesni. Su teoretikais taip pat įdomu ir naudinga bendrauti, tačiau eksperimentatoriai įdomesni pragmatine prasme – jie gali materializuoti tavo teorines idėjas, o tai teoretikui yra didžiausia dovana. Praėjusio pokalbio metu minėjau Julicho moksliniame centre Vokietijoje dirbantį Peterį Aleksandrą Tasą (Peter Aleksander Tass), kuris ir mane buvo pasikvietęs į Julichą. Fantastiškai įdomi asmenybė. Prieš savo pavardę jis du kartus rašo „Prof. Dr. Dr. Tass“. Maniau, kad klaida, bet pasirodo, ne. P. A. Tasas yra apsigynęs dvi daktaro disertacijas: vieną – fizikos, kitą – medicinos srities. Fizikos disertaciją apsigynė pas garsųjį sinergetikos pradininką taip pat vokietį H. Hakiną (H. Hakin). Beje, pas Hakiną Štutgarte esu daręs seminarą.
Tai štai P. A. Tasas priklauso tai retai mokslininkų „rūšiai“, kurie puikiai supranta ne tik fiziką ir matematiką, bet ir mediciną. Bent jau aš kito tokio tyrinėtojo pasaulyje nežinau. Tai asmenybė, su kuriuo apie mediciną galima kalbėti lygčių lygiu. Jis tyrinėja labai sudėtingą dalyką – neuronų sinchronizaciją. Sveiko žmogaus neuronai generuoja chaotinius signalus. Jeigu tarp neuronų atsiranda stiprus ryšys, jie sinchronizuojasi. Parkinsono ligos požymis – tai neuronų sinchronizacija tam tikroje smegenų srityje. Panaikinus neuronų sinchronizaciją (vaistais arba elektrinės stimuliacijos būdu), pavyksta pašalinti Parkinsono ligos priežastis. Neuronų savasis virpėjimo dažnis yra apie 1 Hz, o gydant stimuliuojama apie 100 Hz dažniu.
Na, o mums malonu, kad ši garsenybė savo darbe naudoja Pyrago metodą.
Pradėjęs bendradarbiauti su prof. dr. dr. P. A. Tasu greitai pajutau, kad tai nėra paprasta. Vis labiau įsitikinau, kad P. A. Tasas yra baisus „darboholikas“, visiškai neturi bent kiek atliekamo laiko, nes jo vadovaujamas tyrimų centras plečiasi, daugėja pavaldinių, o profesorius nieko negali praleisti pats nepažiūrėjęs. Metus rašėme bendrą straipsnį, bet kad baigtinį variantą P. A. Tasas peržvelgtų, teko laukti du mėnesius. Taigi toks bendradarbiavimas turi ir neigiamų aspektų.
Kaip stimuliuoti neuronus Vis dėlto būtų įdomu sužinoti, kaip Pyrago metodą galima pritaikyti smegenų neuronų sinchronizacijai ardyti?
Prof. Tasas elektros stimuliatorius (3 V įtampos) naudoja kaip klinikinį būdą gydyti Parkinsono ligą. Tačiau problema ta, kad žmogaus smegenys sugeba prisitaikyti. Po kelių gydymo metų tenka didinti stimuliavimo įtampą, nors 3 V yra didelė įtampa neuronams. Tenka griebtis ir kitų neuronų veikimo būdų. Žodžiu, gydymas gali būti nelabai prognozuojamas. Todėl norima elektros stimuliavimą daryti su grįžtamuoju ryšiu. Vadinasi, reikia „nuimti“ signalą iš smegenų, perdirbti ir perduoti su stimuliuojančiu signalu.
Kur sudėtingumas?
Sudėtingumas tas, kad pradėjus matuoti signalą tam tikroje vietoje tuo pačiu metu stimuliuojant, pastarasis signalas yra labai didelis palyginti su nuo neuronų „nuimamu“ signalu. Gydytojas mato tik stimuliavimo, bet ne neurono natūralios veiklos signalą.
O jeigu stimuliuoti mažesniu signalu?
Iš tiesų tikimės, kad panaudojus grįžtamojo ryšio signalą, būtų galima neuroną „valdyti“ artimu nuliui signalu. Tai štai P. A. Taso grupė Juliche kol kas „žaidžia“ su modeliu (sąveikaujančių osciliatorių modeliu) tikėdamasi, kad to žaidimo rezultatus ateityje pavyks pritaikyti klinikoje. Aprašymui galima pritaikyti paprastų osciliatorių lygtis. Apie tai buvo du straipsniai žurnale Physical Review Letters. Reiškiama viltis, kad pasiseks veiksmingai desinchronizuoti neuronus. Tai ir būtų mano metodo taikymas Parkinsono ligos gydyme.
Ar desinchronizuojant neuronus ir pašalinus Parkinsono ligos išorinius požymius (rankų virpėjimą ir pan.) pasiseks pašalinti ligos priežastį? Gal tai tik ligos padarinių, o ne priežasčių gydymas?
O kur yra šiuo atveju priežastys?
Tai, kas verčia neuronus sinchronizuotis. Esmė, matyt, glūdi organizmo, o gal teisingiau organo ląstelių biocheminiuose procesuose.
Deja, tai išeina iš mano kaip fiziko teoretiko kompetencijos ribų.
Tai būtų atskiro pokalbio tema su Jūsų kolega prof. P. A. Tasu, jeigu jis kada nors atvyktų į Vilnių. Bet Jūs, profesoriau, turėsite mūsų pokalbiui talkinti.
Apie tai pamąstysime. Tarp kitko, P. A. Tasas labai vaizdžiai skaito savo mokslinius pranešimus, sugeba sudominti politikus ir iš jų gauti lėšų savo darbų finansavimui. Iš jo galima pasimokyti, kaip reikia reklamuoti savo tyrimus.
Pavyzdžiui, rodomas ligonis, sergantis Parkinsono liga, negalintis iš vienos stiklinės perpilti vandens į kitą. Paskui rodomas tas pats ligonis po operacijos, kurios metu ligoniui įsiuvamas neuronų stimuliatorius. Jis puikiausiai susidoroja su užduotimi. Tačiau vos pulteliu išjungus neuronų stimuliatorių, sinchronizacija tarp neuronų atsikuria, ir ligonio rankos vėl ima virpėti, neklausyti. Žmogus „įjungiamas“ ir „išjungiamas“.
Po tokių politikus labai smarkiai paveikiančių filmų prof. P. A. Tasas savo darbams gauna finansavimą, kokio tik jam reikia.
Tik tokios galingos valstybės kaip Vokietija, turinčios pakankamai finansinių išteklių, gali užsiimti šiomis mokslo problemomis. Juk ne Lietuva?
Juliche tas problemas tyrinėja ištisas Smegenų institutas. Susieti fizikų, matematikų, biochemikų ir medikų pastangas galėtų ir Lietuva, bet iš kur gauti tiek lėšų?
Nebent turėtume tokių talentingų mokslo organizatorių ir propaguotojų kaip prof. P. A. Tasas.
Bus daugiau
Nuotraukose:
Amerikiečių mokslininkas Mitčelis Feigenbaumas nustatė, kaip sistema išeina į chaoso būvį pagal periodo dvigubinimo dėsnį
Pyrago metodu suvaldytos turbulencijos eksperimentiniai rezultatai. Viršuje – turbulentinio srauto fazinis portretas ir spektras be valdymo, apačioje – esant valdymui (iš O. Liutjė , S. Wolfo ir G. Pfisterio 2001 m. straipsnio)
Cheminės turbulencijos valdymas katalizinėje anglies monoksido reakcijoje: kairėje – natūralus sistemos elgesys, dešinėje – Pyrago metodu suvaldyta sistema
