Первая сеть из живых и искусственных нейронов и скрытный брат Луны. Главное на QWERTY №116
[музыка]
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY, а меня зовут Владимир. Мы представляем вам выпуск самых интересных новостей на прошлой неделе.
В этом ролике продолжение темы "Be a Punk": носорог скрытный напарник луны, секреты сводов стоп человека, акустический камуфляж бабочек и сеть из живых и искусственных нейронов.
Лучшая новость предыдущего выпуска стала новость про робу-саранчу, способную унюхать запах взрывчатки. Да, электронные насекомые всех видов все еще не могут сравниться в эффективности с механизмами, созданными живой природой, хотя они иногда даже помогают диагностировать рак. Подробности про саранчу, уставшую от детекторов взрывчатки, вы найдете при щелчке по подсказке.
У саранчи в антеннах находится 50 тысяч обонятельных нейронов. Это довольно много для насекомого! Для киборга-зации насекомого электронным путем минимально инвазивные операции поцепляли как ансамблем нейронов в головном мозге саранчи, которые принимали сигналы.
Распознавание запаха происходило по так называемым отпечаткам пальцев, то есть особым паттернам возбуждения нейронов, уникальным для каждого запаха. По факту это первая демонстрация взлома биологической обонятельной системы.
Гораздо больше экспериментов было со зрением. С другой стороны, насекомые не впервые участвуют в опытах с распознаванием запахов. Знакомьтесь: это вас hound или особь оса. И вот пластиковая трубка, в которой установлена видеокамера.
Эта камера фиксирует, насколько плотно осы сбились в роль. А осы, в свою очередь, обучены сбиваться в роль при появлении определенных запахов, например, той же взрывчатки. Во время разработки этой Be a Punk системы ученые говорили, что не встречали ос, которые не смогли бы обучиться реагировать на нужные запахи. Но за 15 лет, прошедших с момента появления этой разработки, ручные оси ABS как-то не очень распространились по планете.
Посмотрим, что станет через 15 лет с саранчой роботизированной, конечно же! Давайте попробуем поиграть: отвечайте на мои вопросы, как в известном мемасике. Кто мы? Люди. Где мы живем? На Земле. Сколько естественных спутников у Земли? Два.
Вот уже три года вокруг Земли, кроме Луны, вращается еще один естественный спутник - это астероид 2020 CD3. Обнаружили его в ночь с 15 на 16 февраля сего года в рамках астрономического обзора MODE Lemon, который трогает околоземные астероиды.
Итак, каменюка диаметром порядка двух-трех метров, носящая либо классу астероидов Абуров, либо Аполлонов. Разница между ними в том, периоде кают ли их орбиты. Орбита Земли: некоторые редкие астероиды имеют неосторожность приблизиться к Земле под определенным углом и становятся захваченными ее гравитационным полем.
Да, это не первый временный естественный спутник Земли. Вероятно, таких спутников у Земли больше, но обнаружить их из-за малого размера очень сложно. Первым обнаруженным временным спутником был астероид 2006 RH120, сопровождавший нашу планету полтора года, начиная с 2006.
А вот так выглядит рассчитанная орбита нашего нового естественного спутника. Белая полоса - это орбита другого естественного спутника, более знакомого на Земле. Соответственно, внутренняя модель явно имеет сходство с моделью запутывания наушников в кармане. Судя по всему, уже к ноябрю 2020 года Сиди репак нет окрестности нашей планеты – все полностью безопасно.
Бена Аффлека с Брюсом Уиллисом вызывать не надо! Астероид уже предложили назвать "Меньшей Луной". И кстати, некоторые ученые не спешат отказаться от теории искусственного происхождения этого объекта. Но тут никаких загадок – он просто может быть одной из частей ракет.
Часто ли мы задумываемся, как и за счет чего мы ходим? Ходьба, вообще-то, - это череда падений, останавливаем и выносим блок вперед. Так, та часть ноги, стопа, принимает на себя огромную нагрузку во время таких естественных движений, как отталкивание при ходьбе или от пружинивания при беге, или не очень естественных, как подъем на носки с много пудовыми штангой на плечах.
Разумеется, наша стопа должна быть очень жесткой и держать форму. Считалось, что такая жесткость и форма обеспечивается медиальным продольным сводом. Если он теряет свои очертания, то это признак продольного плоскостопия. Но последние исследования указывают на важную роль поперечного свода.
Этот свод похож на форму, которую принимают купюры, которую вы собираетесь свернуть. Вот как на рисунке: она выдерживает достаточный груз. Для исследования использовали измерения стоп живущих людей, горилл и шимпанзе, даже окаменевших останков древних гоминид и никогда замороженных донорских ног.
Они очень сильно помогли, потому что дали возможность понять, как изменится жесткость стопы, если перерезать связки, удерживающие поперечный свод. Она уменьшается на целых 40 процентов под нагрузкой! Это гораздо более ожидаемого результата. То есть роль поперечного свода всегда была недооценена.
К тому же, положение костей стопы у вымерших видов позволило понять, насколько поперечный свод был важен для прямохождения и когда он появился. Появился он, кстати, еще за полтора миллиона лет до людей у австралопитеков. Скорее всего, на начальных этапах поперечный свод для прямохождения был даже важнее, чем продольный. И появился он, кстати, раньше!
Я уверен, разработчики атласа будут рады этому исследованию, а еще производители коррекционной обуви. А вы наверняка сворачивали чересчур длинные узкие птицы точно таким же образом.
Если бы я был мотыльком, которому каждую ночь угрожает смертью летучая мышь, я бы захотел слышать ультразвук, чтобы понимать, когда хищница меня лоцирует. Бражники, например, не только слышат, но и воспроизводят ультразвук, чтобы нарушить эхолокацию летучих мышей.
А с другой стороны, я бы хотел поглощать ультразвук, чтобы он не отражался от моего тела. Некоторые бабочки пошли по пути именно акустического камуфляжа. Среди бабочек есть буквально глухие к ультразвуку, но все же способные ускользать от летучих мышей.
Сканирующая электронная микроскопия показала, что у некоторых мотыльков волоски грудного отдела очень напоминают материалы, используемые для звукоизоляции. Грудной отдел важен, потому что он объемен и хорошо отражает звук, делая его целью для эхолокации.
Эксперименты показали, что звуковая броня глухих бабочек поглощает до 85 процентов звуковой энергии и может соперничать в эффективности с коммерческими техническими решениями человечества, будучи более легкой и тонкой.
У бабочек, способных слышать ультразвук, волоски грудного отдела не обладают такими камуфлирующими способностями. Расстояние, с которого летучая мышь способна заметить камуфлированную ночную бабочку, сокращается на 25 процентов. Это точно дает мне хилый бонус к выживаемости!
Нейроны – это кирпичики нашей нервной системы. Они обеспечивают и восприятие вами этого ролика, и осознание информации, и ее запоминание. Не менее важны синапсы – способ связи между нейронами, обеспечивающие не только передачу нервного импульса из клетки в клетку, но и его регуляцию.
О том, чтобы связать свой мозг с машиной человечество думает, наверное, с момента изобретения компьютера. Уильям Гибсон хорошо препарировал это желание в жанре киберпанк. А с недавних пор в нашу жизнь вошли нейроинтерфейсы "мозг-компьютер" всех мастей: инвазивные, вспомним робо-саранчу, и неинвазивные.
И вот впервые ученые объединили в единую гибридную сеть живые нейроны и искусственные нейроны, и средства коммуникации, оля синапс, на основе мемристоров. За живые нейроны отвечали нейроны крыси́ного мозга, нейроны гиппокампа, а искусственные были представлены интегральной схемой из миллионов транзисторов.
Между живыми и кремниевыми нейронами работал мемристор. Это устройство может менять свое сопротивление в зависимости от протекающего по нему сигнала, значит, оно может имитировать работу синапсов, которые точно так же регулируют нервные сигналы.
Без микроэлектродов подсоединённых к нейронам мыши тоже, конечно же, не обошлось. Вот так выглядит схема нервной цепи: слева кремниевые нейроны, а справа - сенаторы. Объединение мемристоров и живого нейрона.
Сигналы подавались и принимались по цепи в обе стороны. Учёные фиксировали возникновение импульса в живом нейроне, а затем прослеживали его перемещение через мемристор в искусственный нейрон. В обратную сторону тоже все работало! Учёные видели возбуждение живого нейрона после передачи на него сигнала с кремния.
А не моделировали систему, похожую на схему "водителя ритма", то есть в зависимости от активности одного кремниевого нейрона биологически по-разному воздействовал на второй кремниевый. При этом система тонко настраивалась при помощи запрограммированных мемристоров, имитируя пластичность мозга.
Возбуждение и депрессия нейронов были схожи с таковыми процессами в живых организмах. Поможет это всё в дальнейшем, в первую очередь, для ликвидации таких проблем, как болезнь Паркинсона или сердечной аритмии, а уж потом, наверное, и чипы в мозг уже взять можно будет.
Ну что ж, а на этом сегодня все! Большое спасибо вам за просмотр. Оставляйте свое мнение в комментариях, ставьте лайки этому видео, и не забывайте делиться им со своими друзьями! Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно при щелчке по подсказке. Не забывайте подписаться на QWERTY здесь, на Ютубе, в Инстаграме и Телеграме. И до скорых встреч! Пока!
[музыка] Вот.
[музыка]