Xu hướng khoa học hiện đại là một nỗ lực lớn và rộng khắp, trong đó hàng nghìn phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đang nghiên cứu lĩnh vực chuyên môn cao của riêng họ từ một tổng thể lớn hơn nhiều. Đây là sự giao thoa hợp lý giữa di sản khoa học và tiến bộ công nghệ hàng thế kỷ để nâng cao hiểu biết về thế giới xung quanh chúng ta.
Cần phải đặc biệt chú ý đến các lĩnh vực ngày càng cụ thể, từ tính toán thần kinh võng mạc đến vật lý plasma không gian. Những lĩnh vực khoa học nào tồn tại và những lĩnh vực nào có liên quan nhất?
Kỹ thuật Y sinh và Lý sinh
Nghe có vẻ lạ, nhưng một số vấn đề trong y học chỉ có thể được giải quyết khi có sự hỗ trợ của công nghệ. Kỹ thuật y sinh là một ngành học đang nổi lên bao gồm các lĩnh vực đa dạng như kỹ thuật protein, hệ thống đo lường và hình ảnh quang học có độ phân giải cao của các nguyên tử và toàn bộ sinh vật. Mong muốn này chotích hợp kiến thức vật lý với khoa học đời sống - tiến bộ trong sức khỏe con người.
Các lĩnh vực nghiên cứu hiện tại
Bao gồm các lĩnh vực nghiên cứu như:
- Biophotonics - phát triển các phương pháp hiển thị các tế bào và mô bằng huỳnh quang. Phương pháp quang học được sử dụng để nghiên cứu các phân tử sinh học.
- Hình ảnh tim mạch - phát triển các phương pháp phát hiện và định lượng bệnh tim mạch.
- Hệ thống sinh học phức tạp - phát triển các công cụ và mô hình toán học mới để hiểu các hệ thống sinh học phức tạp.
- Lắp ráp đại phân tử. Nghiên cứu các đại phân tử, bao gồm việc lắp ráp các phức hợp đa thành phần và máy móc phân tử.
- Chẩn đoán hóa chất miễn dịch - tạo ra công nghệ mới để xác định bệnh tật, chẳng hạn như "nghiên cứu trong phòng thí nghiệm".
- Hình ảnh quang học không xâm lấn - Phát triển các phương pháp chẩn đoán thời gian thực để đánh giá và theo dõi các mô và cơ quan.
Những tiến bộ gần đây bao gồm sự phát triển của một số công cụ hình ảnh quang học có độ phân giải cao được thiết kế để khám phá thế giới vi mô và vĩ mô của tế bào và sinh vật.
Sinh học Tế bào
Một lĩnh vực khoa học quan trọng và không ngừng phát triển khác là sinh học tế bào. Tất cả các sinh vật đều được tạo thành từ các đơn vị cấu trúc và chức năng. Do đó, di độngSự thiếu hụt đóng một vai trò quan trọng trong nhiều căn bệnh, từ ung thư do tế bào phát triển bất thường đến rối loạn thoái hóa thần kinh do mô thần kinh chết. Có sáu lĩnh vực chính bao gồm nhiều hệ thống sinh học:
- Apoptosis. Ở mọi sinh vật khỏe mạnh, tế bào chết thông qua một quá trình chết tế bào theo chương trình được điều chỉnh cẩn thận được gọi là quá trình chết theo chương trình. Nó phổ biến đối với nhiều hệ thống sinh học cơ bản cho khoa học thần kinh, miễn dịch học, lão hóa và phát triển, và các bệnh lý như ung thư, bệnh tự miễn dịch và bệnh thoái hóa.
- Chu kỳ Tế bào - Các cấu trúc nhỏ có chức năng tiếp tục phát triển và phân chia theo cách được kiểm soát cẩn thận trong suốt cuộc đời của chúng ta. Các sự kiện phân tử và tế bào điều chỉnh chu kỳ này rất quan trọng đối với nhiều bệnh trong đó quy định tăng trưởng bình thường bị gián đoạn.
- Glycobiology. Glycans là một loại carbohydrate quan trọng về mặt sinh học. Các protein liên kết glycan (lectin) liên kết với các glycan cấu trúc cụ thể và đóng một vai trò quan trọng trong việc nhận biết tế bào, khả năng vận động và quay trở lại các mô cụ thể, truyền tín hiệu, biệt hóa, kết dính tế bào, bệnh sinh vi sinh vật và nhận dạng miễn dịch.
- Ti thể. Được gọi là khối xây dựng "ngôi nhà quyền năng", ty thể cung cấp năng lượng mà tế bào phải sử dụng để tồn tại, tránh bệnh từ tiểu đường đến Parkinson.
- Di động - Một tế bào thần kinh cực nhỏ bắt nguồn từ não và kéo dài các quá trình của nó đến đáy tủy sống, phải di chuyển các phân tử trên một khoảng cách rộng lớn so với kích thước của nó. Các nhà khoa học sử dụng nhiều phương pháp và cách tiếp cận khác nhau để nghiên cứu cách tế bào cũng như các phân tử và bào quan bên trong chúng di chuyển.
- Vận chuyển protein. Protein được tạo ra trong nhân và sau đó chúng phải được đặt đúng chỗ để hoàn thành vai trò tế bào của mình. Do đó, sự vận chuyển protein là trung tâm của tất cả các hệ thống tế bào, và rối loạn chức năng của nó có liên quan đến các bệnh khác nhau, từ xơ nang đến bệnh Alzheimer.
Cơ sở tế bào của sự sống
Cơ sở tế bào của sự sống có vẻ hiển nhiên trong thời đại sinh học hiện đại, nhưng cho đến sự phát triển của kính hiển vi đầu tiên vào đầu thế kỷ 19, đây chỉ có thể là vấn đề suy đoán. Kích thước của một tế bào điển hình của con người nhỏ hơn khoảng năm lần so với bất cứ thứ gì chúng ta có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Do đó, sự tiến bộ trong hiểu biết của chúng ta về hoạt động bên trong của các đơn vị cấu trúc, bao gồm cả sinh lý bệnh tế bào, đi đôi với những tiến bộ trong công nghệ của lĩnh vực khoa học này, sẵn có để hình ảnh và nghiên cứu chúng.
Sinh học của nhiễm sắc thể
Với sự sôi động hiện nay xung quanh lĩnh vực gen, thật dễ dàng quên rằng gen chỉ là những đoạn DNA ngắn và một phần của cấu trúc lớn hơn nhiều được gọi là nhiễm sắc thể. Loại thứ hai được tạo thành từ các sợi DNA phức tạp nhiễm sắc quấn quanh các protein được gọi là histone, vàhiện được biết là đóng một vai trò quan trọng không kém trong việc xác định cách sinh vật phát triển, hoạt động và giữ gìn sức khỏe.
Epigenetics, nghĩa đen là "di truyền học trên", là khoa học nghiên cứu những thay đổi về môi trường trong bộ gen ngoài những thay đổi có thể xảy ra ở cấp độ DNA của chúng ta. Những biến động này trong hoạt động của gen bao gồm những sửa đổi đối với các yếu tố xung quanh chúng, chẳng hạn như protein histone, hoặc những sửa đổi đối với các yếu tố phiên mã kiểm soát sự biểu hiện của gen. Không giống như những thay đổi về DNA, những biến động biểu sinh thường đặc trưng cho từng thế hệ.
Nói cách khác, những thay đổi biểu sinh thường không được truyền từ cha mẹ sang con cái. Dòng nghiên cứu tương đối mới này đã thay đổi hiểu biết của chúng ta về cả sự phát triển bình thường và bệnh tật, và hiện đang ảnh hưởng đến sự tiến bộ của thế hệ phương pháp điều trị tiếp theo. Một loạt các lĩnh vực đang được nghiên cứu, bao gồm:
- Béo phì. Những thay đổi biểu sinh trong bộ gen của chúng ta từ lâu đã bị nghi ngờ là có vai trò gây ra các bệnh phức tạp ở người như lắng đọng chất béo. Một hướng khoa học mới đang nghiên cứu xem các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của bệnh như thế nào.
- Thử nghiệm lâm sàng và phát triển thuốc. Vai trò của các liệu pháp điều trị ung thư biểu sinh đối với các khối u khác nhau đang được khám phá, với hy vọng rằng chúng có thể nhắm mục tiêu và "lập trình lại" các tế bào bất thường thay vì tiêu diệt cả khối ung thư và khối xây dựng bình thường như trong hóa trị liệu tiêu chuẩn.
- Chăm sóc sức khỏe. Chế độ ăn uống và tiếp xúc với hóa chất ở tất cả các giai đoạn phát triển có thể gây ra những thay đổi biểu sinh có thể làm bật hoặc tắt một số gen nhất định. Các nhà khoa học đang điều tra xem những yếu tố này tác động tiêu cực như thế nào đến dân số nói chung.
- Khoa học hành vi. Những thay đổi biểu sinh có liên quan đến nhiều bệnh, bao gồm cả nghiện ma túy và rượu. Việc hiểu cách các yếu tố môi trường làm thay đổi bộ gen có thể làm sáng tỏ các phương pháp mới để điều trị chứng rối loạn tâm lý.
Sinh học lượng tử
Các nhà vật lý đã biết về những hiệu ứng lượng tử như vậy trong hơn một trăm năm, khi các hạt bất chấp các giác quan của chúng ta, biến mất khỏi nơi này và xuất hiện lại ở nơi khác, hoặc ở hai nơi cùng một lúc. Nhưng những tác động này không phải là do các thí nghiệm bí mật trong phòng thí nghiệm. Khi các nhà khoa học ngày càng nghi ngờ rằng cơ học lượng tử cũng có thể áp dụng cho các quá trình sinh học.
Có lẽ ví dụ tốt nhất là quang hợp, một hệ thống hiệu quả tuyệt vời, nơi thực vật (và một số vi khuẩn) tạo ra các phân tử chúng cần bằng cách sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Nó chỉ ra rằng quá trình này thực sự có thể dựa trên hiện tượng "chồng chất", nơi các gói năng lượng nhỏ khám phá tất cả các con đường có thể và sau đó giải quyết trên con đường hiệu quả nhất. Cũng có thể khả năng điều hướng của chim, đột biến DNA (thông qua đường hầm lượng tử) và thậm chí khứu giác của chúng ta đều dựa vào hiệu ứng lượng tử.
Mặc dù đây là một lĩnh vực mang tính đầu cơ và tranh cãi cao, những ngườicác học viên đang chờ đợi ngày thông tin thu được từ nghiên cứu có thể dẫn đến các loại thuốc mới và hệ thống phỏng sinh học (sinh trắc học là một lĩnh vực khoa học mới nổi khác, nơi các hệ thống và cấu trúc sinh học được sử dụng để tạo ra vật liệu và máy móc mới).
Khoa học Xã hội và Hành vi
Ngoài cấp độ phân tử và tế bào, hiểu được các yếu tố hành vi và xã hội ảnh hưởng như thế nào đến bệnh tật và sức khỏe là điều cần thiết để hiểu, điều trị và phòng ngừa bệnh tật. Nghiên cứu trong các ngành khoa học như vậy là một lĩnh vực rộng lớn về nhiều mặt, bao gồm nhiều lĩnh vực và phương pháp tiếp cận.
Khái niệm về một chương trình phân tích nội khoa tập hợp các ngành y sinh học, hành vi và khoa học xã hội để làm việc cùng nhau để giải quyết các vấn đề sức khỏe phức tạp và cấp bách. Trọng tâm là phát triển các lĩnh vực khoa học khám phá các quá trình hành vi, các lĩnh vực tâm lý sinh học và ứng dụng thông qua các phương pháp sau:
- Nghiên cứu về tác động của bệnh tật hoặc tình trạng thể chất đối với hành vi và hoạt động xã hội.
- Xác định và hiểu biết về các yếu tố hành vi liên quan đến sự khởi phát và tiến trình của bệnh.
- Nghiên cứu kết quả điều trị.
- Nghiên cứu nâng cao sức khỏe và phòng chống bệnh tật.
- Phân tích các tác động của thể chế và tổ chức đối với sức khỏe.
Exometeorology
Các nhà khí tượng học thíchCác nhà ngoại đại dương học và nhà cổ sinh vật học quan tâm đến việc nghiên cứu các quá trình tự nhiên xảy ra trên các hành tinh khác ngoài Trái đất. Giờ đây, các nhà thiên văn học có thể xem xét kỹ hơn hoạt động bên trong của các vật thể gần đó, họ ngày càng có thể theo dõi các mô hình khí quyển và thời tiết. Sao Mộc và Sao Thổ, với những hệ thống tiềm năng vô cùng lớn, là những ứng cử viên chính để nghiên cứu.
Ví dụ, bão bụi thường xuyên xảy ra trên sao Hỏa. Theo hướng khoa học và kỹ thuật này, các nhà ngoại khí tượng học nghiên cứu ngay cả các hành tinh bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Và, thật thú vị, cuối cùng họ có thể tìm thấy các dấu hiệu của sự sống ngoài Trái đất trên một hành tinh ngoài hành tinh bằng cách phát hiện các dấu hiệu hữu cơ trong khí quyển hoặc mức độ cao của carbon dioxide - những dấu hiệu có thể có của một nền văn minh thời đại công nghiệp.
Nutrigenomics
Nutrigenomics, còn được gọi là hệ gen thực phẩm, là một lĩnh vực khoa học ưu tiên. Đây là một nghiên cứu về sự tương tác phức tạp giữa thức ăn và phản ứng DNA. Thật vậy, thực phẩm có ảnh hưởng sâu sắc đến sức khỏe con người - và nó bắt đầu theo nghĩa đen ở cấp độ phân tử. Các nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực này đang cố gắng tìm hiểu vai trò của sự biến đổi gen, phản ứng của chế độ ăn uống và cách thức mà các chất dinh dưỡng ảnh hưởng đến cấu trúc của chúng ta.
Nutrigenomics hoạt động theo cả hai cách - gen của chúng ta ảnh hưởng đến sở thích ăn uống của chúng ta và ngược lại. Mục tiêu chính của lĩnh vực hoạt động khoa học này là tạo ra dinh dưỡng được cá nhân hóa - so sánh giữa những gìnhững gì chúng ta ăn, với cấu tạo gen độc đáo của riêng chúng ta.
Kinh tế học nhận thức
Kinh tế học thường không thiên về kiến thức sâu, nhưng điều này có thể thay đổi khi lĩnh vực này tích hợp với các ngành nghiên cứu truyền thống. Không nên nhầm lẫn với kinh tế học hành vi (nghiên cứu cách chúng ta thực hiện công việc - những gì chúng ta làm - trong bối cảnh ra quyết định kinh tế), kinh tế học nhận thức là về cách chúng ta suy nghĩ. Lee Caldwell, người viết blog về khu vực này, định nghĩa nó như sau:
"Kinh tế học nhận thức (hoặc tài chính) … xem xét những gì thực sự diễn ra trong tâm trí của một người khi họ đưa ra lựa chọn đó. Cấu trúc bên trong của việc ra quyết định là gì, cách thông tin đi vào ý thức và cách nó được xử lý, và sau đó, cuối cùng, tất cả những quá trình này được thể hiện như thế nào trong hành vi của chúng ta?"
Nói một cách khác, kinh tế học nhận thức là vật lý mà kinh tế học hành vi là kỹ thuật. Để đạt được mục tiêu này, các nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực này bắt đầu phân tích ở cấp độ thấp hơn và hình thành các vi vật chất cơ bản trong quá trình ra quyết định của con người để phát triển một mô hình hành vi kinh tế quy mô lớn. Để giúp họ thực hiện điều này, các nhà kinh tế học nhận thức xem xét các lĩnh vực liên quan của kỷ luật và kinh tế học tính toán, cũng như các dòng chính của nghiên cứu khoa học và công nghệ trong lý thuyết hợp lý và quyết định.
