المقاييس الحيوية بحلة جديدة: كلنا آذان صاغية

يقترح الباحثون طريقة يُمكن الاعتماد عليها في تحديد الهوية تضاهي في نتائجها بصمات الأصابع.

لا يُعد استخدام الأذنين للتعرف على البشر أمرًا جديدًا، إلّا أن برامج الجرائم المفضلة لدينا لا تزال تعتمد على الأساليب القديمة – مثل رفع بصمات الأصابع أو جمع الحمض النووي – للقبض على المشتبه به، إذ من المرجح أن يلمس المجرمون أدوات مسرح الجريمة بأيديهم أكثر من قيامهم بفرك أذانهم.

ومع ذلك، فقد استُخدمت في محاكمة جريمة قتل عام 1997 بعد أن حصل التحقيق على بصمة الأذن من النافذة التي دخل القاتل من خلالها. وكانت الإدانة اللاحقة هي الأولى التي تستخدم بصمات الأذن كمحدد للهوية. إلّا أن الحكم أُلغي في عام 2004 عند الاستئناف، لأن الحمض النووي المأخوذ من بصمة الأذن أشار إلى مشتبه به مختلف. وكان رأي الخبير الذي تمت الاستعانة به في المحاكمة، هو الذي عزز حكم الإدانة.

على الرغم من أن بصمة الأذن في هذه الحالة لم تثبت فعاليتها، إلّا أن الدراسات الحديثة أظهرت بأنّه يمكن الاعتماد على الأذنين كأداة موثوقة لتحديد الهوية مثل بصمات الأصابع


طوّر فريق من الباحثين من جامعة جورجيا في عام 2022 برنامجًا يمسح الأذنين، وكان الهدف منه خدمة العالم بعد كوفيد-19، حيث يرتدي الناس الكمامات – التي تحول دون التعرف على أصواتهم- على الصوت – ليكونوا أكثر إدراكاً لما يلمسونه.

لم تعد الكمامات تُسبب مشكلة كما في السابق، ولكن لاتزال هناك حالات أمنية أخرى يمكن أن يكون تحديد بصمة الأذن فيها مفيدًا.

تتشكل الأذنين بشكل كامل وتتطور عند الولادة، ولا تتغير بمرور الوقت، باستثناء التغيرات المرتبطة بالعمر. حيث تُعتبر كل أذن فريدة من نوعها، حتى أذني الشخص الواحد، مما يجعلها مصدرًا موثوقًا لتحديد الهوية – حتى من مسافة بعيدة.

وعلى الرغم من عدم إمكانية الوصول إلى بصمات الأصابع أو الحمض النووي لشخص ما من خلال صورة، إلّا أن صورة أذنك يمكنها أن تخبرنا من أنت، وعن طريق عدد من الجرائم المسجلة بالفيديو، يمكن أن تساعد المقاييس الحيوية للأذن في تحديد الجناة.

حدث تطور أحدث فيما يتعلق بتحديد الهوية عن طريق الأذن، عندما اعتمد فريق من علماء الطب الشرعي وعلماء الأسنان من جميع أنحاء العالم على دراسة أجراها روبرتو كاميرير عام 2011 والتي قاست المناطق التشريحية الأربع للأذن وجمعت تلك القياسات لإنتاج رمز فريد من نوعه يختلف من شخص لآخر

حيث استعانوا بمجموعة عينات أكبر وقسموها إلى مجموعات عرقية متعددة لتوسيع نطاق العمل وضمان مستوى أعلى من الدقة، فوجدوا أنه عندما أضافوا الرموز الخاصة بأذني كل شخص معًا، لم يكن هناك أي تكرار للرموز. وهذا يعني 814 محددًا فريدًا للهوية بالأذن. وخلص الفريق إلى أن “احتمالية وجود شخصين مختلفين لهما نفس الرمز (تعريف إيجابي كاذب) أقل من 0.07 بالمائة”.

لذا، إذا كنت تخطط للقيام بفعل إجرامي، تأكد من ارتداء أغطية الأذن. سوف يحمونك من البرد ومن أن يُقبض عليك أيضًا.


يقترح فريق من الباحثين من جامعة خليفة أنه يمكن التغلب على العوامل التي قد تمنع التعرف الدقيق لبصمة الأذن في الصور ثنائية وثلاثية الأبعاد – مثل الوضعية والضوء والقياس – من خلال الجمع بين هذه العناصر للتحقق من صحة النتائج .

“على حد علمنا، تُعتبر هذه هي المرة الأولى التي تُدمج فيها سمات الأذن ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد لبناء كاشف وواصف لمطابقة زوج من الأذنين ثلاثية الأبعاد، حيث أدى الجمع بين ميزات المجالين ثنائي وثلاثي الأبعاد، إلى زيادة كفاءة التعرف بشكل كبير.

يرى الفريق بأنه يمكن لكل من كشف النقاط الرئيسة والواصف، المبنيين من السمات الزاوية للأذنين ثنائية الأبعاد وتراكيب الأذن ثلاثية الأبعاد، أن يساعدا على تحديد الأذن بشكل أكثر دقة، حيث يعزز كلا التركيب والشكل معًا صحة النتائج.

من جهته يقول إياكوتي إيابّان غاناباثيا، المؤلف الرئيسي للدراسة وزميل ما بعد الدكتوراه في قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في جامعة خليفة: “يبلغ هذا النهج الشامل ذروته في تحقيق أحدث النتائج مع ضمان الفاعلية للإضاءة وتغييرات الوضعية في الوقت نفسه”.

ومع ذلك، فهو متفائل بتحقيق تقدم في هذا المجال.

“بالنظر إلى المستقبل، من المتوقع أن يزيد اهتمام الباحثين بالمقاييس الحيوية للأذن كوسيلة فعالة للتعرف على الإنسان، لاسيما مع توفر المزيد من البيانات المتعلقة بالأذن، كما يضيف قائلًا: “يحمل هذا الطريق الناشئ أملًا كبيرًا لمستقبل تحديد الهوية البيومترية.”

احمِ منتجاتك الزراعية

نستهلك المنتجات الزراعية الطازجة، التي نشتريها من السوق المحلي القريب، دون أن نهتم بشأن خطر احتوائها على مادة برازية، لكن يشكل ذلك خطرًا حقيقيًا والوسائل الحالية المستخدمة في فحص المواد الغذائية مرهقة ومكلفة. لذلك، طور فريق من الباحثين بجامعة بوردو في الولايات المتحدة الأميركية طريقة فعالة وسريعة لضمان عدم تلوث المنتجات الزراعية الغذائية.

ولكن ما هو الخطر؟

تنتج مزرعة للمواشي في مقاطعة يوما بولاية أريزونا الأميركية 115,000 بقرة سنويًا. وتوجد، على بعد ثلاثة أميال فقط من هذه المزرعة، مزرعة أخرى للخس معرضة لخطر الغبار ومياه الري المُلَوَّثَة ببراز الأبقار. وأظهرت نتائج بحث وجود بكتيريا قولونية في قناة مائية مجاورة. وفي هذا الإطار، يجب التقليل من تلك المخاطر لأن مقاطعة يوما تساهم بإنتاج ما نسبته 90% من الخس في الولايات المتحدة في فصل الشتاء.

في واقع الأمر، أدى تفشي نفس السلالة من البكتيريا القولونية في عام 2018 إلى وفاة خمسة أشخاص بعد أن تناولوا منتجات زراعية من منطقة يوما فالي.

وقال موهيت فيرما، من فريق الباحثين بجامعة بوردو، في مقابلة مع مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا: “يؤدي البقاء على هذا الوضع، في ظل التغيرات المناخية وظهور مخاطر جديدة (كإنفلونزا الطيور المسببة للأمراض)، إلى زيادة عبء هذه المخاطر”.

IMAGE: Pixabay

وقد طور الفريق جهازًا جديدًا للاستشعار الحيوي بهدف التخفيف من حدة المخاطر.

ويتعين أن تتسم طريقة اكتشاف بقايا البراز بالدقة والتكلفة القليلة والبساطة كي يَسهُل تكاملها.

يفحص المُستَشعِر الحيوي الجديد الحامض النووي باستخدام تقنية جديدة للفحص الجيني تسمى “التضخيم الحراري بالحلقة”، وهي أبسط من تقنية تفاعل البوليميرات المتسلسل المعروفة اختصارًا باسم “بي سي آر”، لأنها تعمل في درجة حرارة ثابتة مقارنة مع تقنية “بي سي آر” التي تتطلب تغييرات في درجة الحرارة. واستعان أعضاء الفريق البحثي بنوع من البكتيريا الموجودة في أمعاء الحيوانات والبراز للكشف عن التلوث بالبراز، ما يجعلها أفضل مقياس لوجود مادة البراز في المنتجات الزراعية.

CAPTION: الاختبارات الجزيئية بمختبر فيرما (باستخدام التضخيم الحراري بالحلقة)، والتي يمكن إكمالها فقط بالحفظ في المياه الدافئة، ومن الممكن ظهور النتائج في غضون ساعة واحدة.الصورة: الاتصالات الزراعية بجامعة بوردو.

توضَع صفائح بلاستيكية على أسياخ خشبية، تُعرف بأدوات جمع العينات، وتُترَك حول المزرعة لمدة أسبوع، لتجميع العينات. وتُجَمَّع الأدوات بعد ذلك وتُسحَب منها عينات لنقل الهباء الحيوي، وهي جزيئات صغيرة من أي عمليات حيوية تجري في مكان قريب، إلى المُستَشعِر الحيوي الذي قام الفريق بتطويره، والذي بدوره يستخدم تقنية التضخيم الحلقي متساوي الحرارة لتضخيم الحامض النووي الخاص بالبكتيريا العصوانية. سيؤدي تواجد وحجم هذا الحامض النووي إلى تغيير في اللون يمكن قياسه على الفور، وبالتالي اكتشاف وجود أي مستوى من التلوث ببقايا البراز، يتراوح من المستوى الآمن إلى المستوى عالي الخطورة.

تتسم طريقة “بي سي آر” المُستَخدَمَة حاليًا بإجرائها بصفة تقليدية داخل المُختَبَر. ورغم ذلك، فقد أثبتت نتائج طريقة المُستَشعِر الحيوي دقتها بنسبة 100 بالمائة، عند مقارنتها بالنتائج الكمية لطريقة “بي سي آر” المُختبرية.

ويعترف أعضاء الفريق على الرغم من ذلك بإجراء الاختبار في ظروف ميدانية متطرفة (مستويات بالغة الارتفاع وبالغة الانخفاض)، إلا إنهم يتوقعون مستويات من الحساسية والخصوصية تتجاوز 90% عند إجراء الاختبار في ظروف متوسطة.

وقال موهيت: “تتمتع هذه المُستَشعِرات الحيوية بإمكانية العمل كأداة لتقييم المخاطر في مواقع محددة، كما يمكنها الاستجابة على نحو أسرع، ما يساعد في كبح جماح المشاكل قبل تفاقمها. وتساعد المُستَشعِرات الحيوية أيضًا في توجيه القرارات على نحو أسرع، بالمقارنة مع الطرق المختبرية الحالية”.

وتتطلب طرق الاختبار التقليدية أيضًا تجهيزات باهظة الثمن وتعيين خبراء، كما تستغرق من 24 إلى 48 حتى تظهر نتائجها. وتبلغ كُلفة كل اختبار حوالي 50 دولار أميركي. وعلى النقيض، يحتاج المُستَشعِر الحيوي إلى تجهيزات بسيطة تتكلف حوالي 200 دولار أميركي ويقدم نتائج دقيقة في غضون ساعة واحدة وتبلغ كلفة الفحص الواحد 10 دولارات فقط.

ويؤكد موهيت أن أدوات جمع العينات ستساعد منتجي المحاصيل الزراعية في اتخاذ قرارات هامة بشأن مدى إمكانية زراعة نوع من المحاصيل استنادًا إلى نتائج المُستَشعِر الحيوي. وتساعد أدوات جمع العينات المزارعين أيضًا في تحديد مدى الحاجة إلى تعديل توقيتات الحصاد نظرًا للمخاطر البيئية أو الأنماط المناخية المتغيرة، وذلك بتوفير بيانات خاصة بالمواقع المحددة.


“The biosensor is designed with the end user in mind. Thus, it is meant for use by producers and food safety professionals. The biosensors come with an operation manual and the user can be trained within an hour to run the assays.”

موهيت فيرما, associate professor of agricultural and biological engineering — Purdue University

ولا تقتصر تطبيقات المُستَشعِرات الحيوية على اكتشاف بقايا البراز في المنتجات الزراعية فقط.

وقال موهيت: “تتسم هذه المُستَشعِرات الحيوية بقابليتها للتطبيق على نطاق واسع، وذلك لقدرتها على اكتشاف الحامض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين أو الحامض النووي الريبوزي. ويمكن استخدام المُستَشعِرات الحيوية في قياس جودة المياه أيضًا عند الكشف عن البكتيريا المعوية، كما يمكن استخدامها في رصد مصدر الميكروبات، كتحديد مصدر التلوث ببقايا البراز”.

وستقوم الشركة الناشئة الجديدة التي يمتلكها موهيت، وهي شركة كريشي إنكوبوريتيد، بتطوير تكنولوجيا المُستَشعِرات الحيوية تجاريًا والعمل على تحسين تعددية استعمالاتها وتسهيل توزيعها. وأعرب موهيت عن أمله في استهداف سوق الرعاية الصحية للحيوانات الأليفة أيضًا كالقطط والكلاب وتطوير مُستَشعِرات حيوية لاكتشاف المقاومة المضادة للميكروبات في التهابات المسالك البولية والتهابات البشرة والأُذُن.

ولتوضيح الصورة، يسعى موهيت إلى التخفيف من حدة القيود المفروضة حاليًا على الطرق المختبرية لأغراض الرقابة والتشخيص. وقال موهيت: “تمتلك المُستَشعِرات الحيوية إمكانية التغلب على هذه العراقيل من خلال توفير استجابة سريعة وإتاحة الاستفادة منها على نطاق واسع”. وأضاف: “تُعَد استجابتنا للمخاطر الميكروبية حاليًا بطيئة للغاية”.

جاء تمويل الطريقة الجديدة من مركز “ذا سنتر فور بروديوس سيفتي“، كما قدم مجموعة من الشركاء الصناعيين الدعم للفريق الذي يعمل في مجال بكتيريا الأمعاء.

نُشِرَت هذه الورقة البحثية عام 2024 في موقع “ساينس دايريكت” المتخصص في العلوم.

نموذج رئة مصغرة مصنوعة
بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تعزز بحوث الأمراض

استخدم باحثون كنديون في جامعة كولومبيا البريطانية تقنية الطباعة الضوئية لإنشاء نموذج مصغر لرئة بشرية مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد.

طور الفريق نموذجًا مصغرًا لرئة بشرية بالاستعانة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد والطباعة الضوئية المتقدمة، حيث يحاكي هذا النموذج الصغير الممرات الهوائية الحقيقية، بما في ذلك خلايا بطانة الممرات الهوائية وخلايا النسيج الضام والأوعية الدموية الدقيقة.

تمت طباعة الهيكل بمادة هلامية خاصة تدعم نمو الخلايا وسلوكها الطبيعي، وعند تعرضه لخلاصة دخان السجائر تجاوب كنسيج الرئة الحقيقية تمامًا، حيث أفرز بروتينات مضادة للالتهاب مثل “انترلوكين-6″ و”انترلوكين-8” دون الإضرار بالخلايا.

ويحتوي النموذج على مكونات مثل الخلايا الليفية التي تتحرك لإصلاح الأنسجة الرخوة وخلايا بطانية تكون طبقات تشبه الأوعية الدموية.

يشكّل هذا النموذج منصة متقدمة ومرنة لدراسة أمراض الرئة وتجربة العلاجات، كما يُعد أداة واعدة قد تسهم في الحد من استخدام الحيوانات في التجارب وتعزيز جودة الأبحاث في مجالات مثل الربو والانسداد الرئوي المزمن وغيرها من الأمراض التنفسية.

إقرأ المزيد حول هذا الموضوع: تدمير الخلايا المناعية

من الفوضى البلاستيكية إلى إعادة التدوير

تتراكم النفايات البلاستيكية، وبينما توجد صناديق إعادة التدوير في كل مكان، جزء صغير فقط من هذه النفايات يُعاد استخدامه. ووفقًا لمراجعة منشورة في مجلة “إندستريال أند إنجينيرنغ كيميستري ريسيرش” أن مجالًا يسمى “هندسة نظم المعالجة” يمكنه أن يكون السلاح السري المطلوب لتحويل الركام البلاستيكي الذي نعاني منه إلى شيء أكثر قابلية للسيطرة.

يستخدم مجال هندسة نظم المعالجة تكنولوجيات ذكية كتحسين البرمجيات والنمذجة بالكمبيوتر وتعلم الآلة لتحديد أفضل الوسائل لفرز النفايات البلاستيكية وإعادة تدويرها ونقلها، على نحو أكثر سهولة وذكاءً ونظافة.
عرضت المراجعة بعض الوسائل الواعدة كإعادة التدوير باستخدام المذيبات وإعادة التدوير الكيميائية التي يمكنها التصدي للمواد صعبة الاستخدام والتي عادة ما تُلقَى في القمامة.
قد تتفوق هذه الوسائل على إعادة التدوير التقليدية عندما يتعلق الأمر بخفض الانبعاثات وتوفير المزيد من المواد الأصلية.

ولا زالت تواجه هذه النظم، على الرغم من ذلك، عوائق كبيرة كارتفاع الكلفة ومحدودية البنية التحتية وأسئلة تتعلق بكيفية التوسع في استخدامها من دون التسبب في مشاكل جديدة.

وحتى اللدائن الحيوية المصنوعة من النباتات والتي تبدو خيارًا أكثر استدامة، إلا أن لها أيضًا سلبياتها كالاحتياج في إنتاجها إلى الكثير من الأراضي والمياه.

لا يتوافر حتى الآن ثمة حل نهائي، إلا أن استخدام هندسة النظم، من منظور كُلِّي يشمل كافة الجوانب من التأثير البيئي إلى العدالة الاجتماعية ، يمكنه أن يساعدنا في تطوير حلول أذكى لمشكلة النفايات البلاستيكية.
تُعَد كل هذه الحلول جزءًا من اقتصاد دائري رائع لا ينتهي فيه الحال بالنفايات البلاستيكية وهي ملقاة في المكبات أو المحيطات أو في الطعام الذي نأكله.

إقرأ المزيد حول هذا الموضوع: الحشرات التي تتغذى على البلاستيك

استئصال جراحي لالتهاب القولون التقرحي

تحتاج نسبة تتراوح من 20 إلى 30 بالمائة من مرضى التهاب القولون التقرحي عادةً إلى جراحة لإزالة أجزاء من القولون والمستقيم (استئصال القولون)، وهو ما يمكنه أن يغير بالسلب في جودة حياتهم، إلا أن تطورات العلاج توفر لهم خيارات تجعل الجراحة ليست بالضرورة هي الحل المُعتَمَد.

أظهرت نتائج دراسة مطولة أجريَت على مدى 20 عامًا في مدينة “لوثيان” الاسكتلندية انحفاضًا بنسبة تتجاوز 90 بالمائة في عدد الأشخاص الذين يحتاجون هذه الجراحة.

أدت المستحضرات الدوائية الحيوية والأدوية ذات الجزيئات الصغيرة إلى تقليل الحاجة إلى الجراحة على مدى العقدين الأخيرين. وبحلول عام 2023، باتت هذه الجراحات غير شائعة وشهد استخدام العلاجات المتطورة نموًا.

وصارت هذه العلاجات، والتي تشمل الخيارات الأحدث كدواء ” فيدوليزوماب” والأدوية التي تثبط نشاط إنزيمات “جانوس كيناز” المسببة للالتهابات، هي الخيار الأول الذي يجربه الأطباء غالبًا الآن، وخاصةً عند علاج المرضى الطاعنين في السن.

ولا يقتصر الأمر على الجراحات الأبسط فقط، إذا أظهرت الدراسة أن الجراحات الطارئة أيضًا باتت أقل شيوعًا، وأنه لا توجد مؤشرات تفيد أن الأدوية الأحدث قد جعلت الجراحة أكثر خطورة لأولئك الذين لا يزالون بحاجة إليها.

وإذا كان الباحثون لا يستطيعون القول يقينًا أن الأدوية كانت هي السبب في انخفاض عدد العمليات الجراحية، فإن التوقيت يعبر جيدًا عن هذا القول.

وتشهد العناية بمرضى التهاب القولون التقرحي تحسنًا في نهاية الأمر وتحولًا إلى نمط أكثر ذكاءً وأقل احتياجًا إلى التدخلات الجراحية، وذلك بفضل الطب الحديث.

إقرأ المزيد حول هذا الموضوع: الطريق إلى الأمعاء