Нейроорганоид играет. Результат астероидной защиты. Заморозка продляет жизнь. Новости на QWERTY №232
Из этого ролика вы узнаете: эффективно ли противосторонняя защита, как работают датчики у бактерий. Может ли заморозка продлевать жизнь? Как заглянуть за или сквозь туман и как научить мини-мозг играть в компьютерную игру.
[музыка]
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. А меня зовут Владимир. В декабре прошлого года я рассказывал вам о том, что нейрорганоид, сгусток нейронов, научили играть в компьютерную игру. На тот момент еще не вышла научная статья по этой теме. Поэтому нам было неизвестно, а как же мини-мозг выдавал вознаграждение за правильные действия? Не сахаром же в конце концов?
И вот научная статья появилась! И в ней действительно ничего нет про сахар. А что в ней есть, вы узнаете прямо сейчас из выпуска самых интересных новостей науки за предыдущую неделю. И как обычно, все ссылки на подробности и источники будут в описании. Напомню, что нейрорганоид — это сгусток нервных клеток, содержащие почти миллион нейронов мыши и человека. Он был выращен на подложке с матрицей из электродов. Электроды позволяют считывать активность нейронов и отправлять ее в компьютер, и получать обратную связь с компьютера.
Для мозга в пробирке написали подобие классической аркадной игры Pong, но только без оппонента. Со стеной выглядит очень узнаваемым. Информация о нахождении мяча подается на трудную матрицу с правой или левой стороны в виде электрической стимуляции. Положение сигнала говорит о положении мяча, а частота сигнала — о расстоянии до него. Ну а нейроны-органоиды могут реагировать на окружающую виртуальную установку, отправляя сигналы, говорящие о том, куда нужно передвинуть платформу. Локация сигнала на подложке из электродов говорит о направлении движения, а частота сигнала — о скорости.
Меня не покидает мысль о том, что органоид напоминает человека, застрявшего в качестве куска видящего сны мяса в матрице. Как оказалось, мини-мозги не могут играть в Pong так же хорошо, как человек, но они учатся быстрее, чем некоторые виды искусственного интеллекта. Иногда процесс обучения занимает всего 5 минут. Окей, но что же с системами подкрепления? Дофаминовая система, вот та, которая заставляет вас постоянно листать ленты соцсетей, у этого мини-мозга просто нет, как и любой другой системы вознаграждения.
Но зато, как и любая другая система, этот мини-мозг стремится к сокращению энтропии. Как там говорил Горбовский: «Можно я лягу?» Исследователи сообщили, что клеткам органоида подается непредсказуемый стимул, и система формирует свою активность таким образом, чтобы лучше играть в игру и минимизировать случайности. Отбивая мяч и получая предсказуемый ответ, она создает для себя предсказуемое окружение. То есть, когда мяч не отбит, органоиду подаются хаотичные сигналы, что не очень-то приятно. А если отбит — предсказуемый, приятный сигнал. Всё как у людей.
В общем, именно поэтому эта технология имеет большое будущее. Вот таких подключенных к компьютеру мини-мозгах можно тестировать многие штуки, недоступные для больших живых мозгов: начиная от препаратов и заканчивая, например, музыкой. А недавно человеческие нейрорганоиды вживили в мозг мыши и заставили его там работать. Но это уже совсем другая история.
Известно, что бактерии умеют переживать неблагоприятные, плохие времена, не пересекая границы, а образуя споры. Споры в этом случае — это не половая клетка, используемая для размножения, как у грибов, а скорее скафандр с очень плотной оболочкой, в которой превращается бактерия. Она теряет много воды, скукоживается, и под мембраной образуется эта оболочка. В таком состоянии, в неблагоприятных условиях, бактерии могут находиться долгое время, десятилетиями, а в редких случаях вплоть до десятков миллионов лет, а затем расконсервироваться и продолжить жизнедеятельность, вернувшись к обычному состоянию, впитав в себя воду.
Есть вопрос: учитывая, что все физиологические процессы бактерий останавливаются, существует ли какой-то механизм опрашивания внешней среды? Какие-то датчики, которые подсказывают, что бактериям пора пробуждаться? Да, остаются, например, споры сенной палочки. Находясь в анабиозе, они работают как конденсаторы. Накопленная ими электрохимическая энергия используется для отслеживания внешних условий. Это происходит на внешней мембране. У споры имеется определенная концентрация ионов калия.
При изменении окружающей среды, например, появлении питательных веществ, споры выделяют дополнительные ионы калия из ядра к мембране, то есть вовне, и происходит измерение концентрации ионов на мембране и во внешней среде. Когда концентрации достигают определенных значений, превышается некий порог, говорящий о том, что пора пробуждаться. Если же изменения незначительные, то спора продолжает спать.
То есть споры чувствуют практически все изменения, но пробуждаются только тогда, когда эти изменения превысят некий порог. Мембранный потенциал используется и нашими нейронами в нашей нервной системе, и он, и калий служат для передачи информации. Но наши нейроны потребляют много энергии. А вот бактерии могут десятки, сотни даже, тысячи лет спускать ионы калия без какой-либо внешней подзарядки. Чуточку удивительно.
Бактерии, кстати, не единственные, кто может переживать неблагоприятные условия. Кто еще? Тихоходки. Тихоходки вообще могут выживать в невообразимых ужасных обстоятельствах: радиация, кипяток, жидкий азот, выстрел из пушки. Как говорится, подчеркните актуальные для вас угрозы. В общем, пальма первенства по выживанию у бедных, хоть и не грильцев, но есть еще кое-что. Для того чтобы пережить, например, космические условия, они впадают в ангидробиоз, то есть избавляются примерно от 98 процентов влаги своего организма. Так вот, пока они находятся в этом состоянии, они не стареют.
То есть, если их дегидратировать, скажем, на 20 дней, то есть поместить в ангидробиоз, то и продолжительность их жизни тоже увеличится на 20 дней. Просто прекрасно. Как оказалось, холод тоже полезен для долголетия. Криобиоз, то есть погружение в замороженное состояние, работает точно так же. Тихоходок попеременно то замораживали до температуры минус 30 градусов, то размораживали и кормили. Потом цикл повторяли до тех пор, пока они не умерли. В итоге продолжительность их жизни превысила продолжительность жизни тех тихоходок, над которыми не экспериментировали, ровно настолько, сколько те провели в криобиозе.
Шутка про сон в холодильнике, о которой вы сейчас подумали, всё равно не актуальна. Возможно, криобиоз и продлевает жизнь человека, но человека из этого криобиоза никто еще не смог вывести, в отличие от тихоходок. В прошлом ролике мы рассказывали о том, как человечество применило таран по отношению к астероиду. Пересмотрите прошлый ролик, чтобы войти в курс дела. Суть в том, что после столкновения полутонного зонда с астероидом Диморфос, вращающимся вокруг другого астероида, NASA ожидало изменение периода обращения первого вокруг второго примерно на 7 минут. После же всех измерений оказалось, что период обращения изменился не на 7, а на целых 32 минуты, что значительно выше средней оценки и соответствует верхней планке расчетных моделей.
То есть вся процедура оказалась крайне эффективной. Во многом в этом помогло то, что после удара из Диморфоса было выброшено большое количество вещества, образовавшего тот самый хвост на 10 тысяч километров, который мы показывали вам в прошлом ролике. А вот это новые снимки кратера, который образовался после столкновения.
Камеры... Да, и наши с вами глаза получают изображение, работая с прямыми лучами света при помощи разных систем линз. Но если между источником и приемником располагается какая-либо неоднородная либо мутная среда, то изображение получается размытым из-за рассеяния. Если рассеяние не сильное, то в объектив попадает достаточное количество прямых лучей, чтобы воссоздать картину. При этом нужно, чтобы было известно либо со мной искажение, либо форма объекта, либо его внешний вид. Но если существует много зашумляющих сигналов или среда сильно рассеивающая, то восстановление изображения — это прям сложная задача. Сложно заглянуть за туман войны, за вот такой вот спекл, да, так называется шум, который мы видим вместо объекта.
Но вот это реально, потому что законы рассеяния в целом не зависят от рассеивающей среды. И тут включается эффект оптической памяти, указывающей на знаменательную корреляцию между картиной, которая образует свет, проходящий сквозь мутную среду и узором, который получается, если ту же среду осветить с другой стороны.
С практической точки зрения можно получать информацию о скрытой стороне мутной среды без непосредственных измерений при помощи весьма затратных вычислений, инверсии автокорреляции и всего такого. Можно получить данные о скрытом объекте, но только если в поле зрения нет движущихся объектов. Сложность, ресурсоемкость таких вычислений отметает возможность использования таких алгоритмов, например, в телефонах и даже в автономных машинах, автономных такси. Ну и в том числе редко встретишь пейзаж, в котором нет движущихся объектов. Но выход из этой ситуации в целом есть, правда, работает тогда, когда движущихся объектов все-таки не очень много.
Для эксперимента взяли гелевый неоновый лазер, пропустили через вращающийся диффузор, который освещал сцену с движущимися объектами на цифровом микрозеркальном устройстве. А отраженный свет затем проходил через рассеиватель и скармливался цифровой камере. Суть нового метода в том, что применяя к изображению сложные вычисления, в том числе использующие эффект оптической памяти, а конкретно вычисление кросс-корреляции, можно, во-первых, обнаружить и исключить неподвижные объекты из уравнения. Это достижимо, если вычесть из смещенной во времени автокорреляции автокорреляцию в конечный момент времени T1.
А во-вторых, можно засечь подвижный объект, если он движется полностью, а не частично. В том числе можно определить изменение его формы, размеров, ориентации на полученных экспериментальных видео. Движущийся объект всегда находится по центру, а вокруг него изменяется обстановка. То есть компьютер видит сквозь мутную среду и лоцирует движущийся объект. И всё это работает с незначительными затратами ресурсов.
Конечно, в этой методике есть ряд ограничений, например, движущийся объект должен располагаться рядом с другим неподвижным объектом, но в целом в перспективе наши машины смогут видеть в тумане и в других неблагоприятных условиях. Лучше новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, что пора уже признать: что бы мы ни включали, выпуск всегда победит граффи. Так вот, лучше новостью признали тот факт, что многослойная графен обладает стабильной сверхпроводимостью. А конкретно 4-5 слойные графены с сверхпроводимостью.
В таких структурах можно управлять при помощи внешнего магнитного поля и, конечно же, температуры. Хотя высокотемпературной сверхпроводимостью похвастаться пока не получается. Интересный факт: одно исследование 2019 года показало, что многослойный графен является неплохой защитой от комаров. Принцип действия защиты двойной, либо графеновая пленка является физическим барьером, препятствующим проникновению комариных инструментов в кожу, либо через неё не проходит запах кожи и крови, привлекающие самок комаров.
Что обеспечивает химическую защиту. Оксид графена, кстати, тоже хорошо работал. Но вот что-то пока новых антикомариных тканей на рынке я не встречал, только вот несколько статей. Может быть, вы сталкивались с чем-то подобным?
Ну что ж, на этом на сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр! Мне будет очень приятно, если вы поставите лайк этому видео, поделитесь своим мнением в комментариях, поделитесь этим видео со своими друзьями, подпишитесь на QWERTY и проголосуете за самую интересную новость этого выпуска в нашем Telegram-канале. И до скорых встреч! Пока!
[музыка]