Когда-нибудь для лечения человека изнутри будут применяться нанороботы. Они будут доставлять лекарства, устранять дефекты и вести разведку на месте. Сегодня в этом направлении сделан ещё один шаг. Из клеток человека учёные научились создавать «антропоботов», которые проявили себя в заживлении ран.

Антропоробот из нескольких модифицированных клеток лёгких человека. Источник изображений: Gumuskaya et al, Advanced Science

Исследователи из Университета Тафтса и Технологического института Нью-Джерси объединили усилия для создания микроскопических биологических роботов, которые могли бы помочь исцелить организм после травмы. Это ещё не испытания на людях, но уже кое-что. На колониях живых тканей в чашках Петри было замечено, что предложенное решение способно, как минимум, ускорять заживления порезов.

Каждый антропоробот состоит из нескольких клеток лёгких человека. Эти клетки выращиваются отдельно в особой среде и затем самособираются в комочки. Клетки лёгких обладают ресничками, которые способны на хаотические движения для выполнения ряда биологических функций. Учёным пришлось изобрести такую среду, чтобы реснички росли снаружи клеток по всей их поверхности. Когда клетки собирались в многоклеточную структуру, реснички полностью их покрывали. Такая клетка могла передвигаться в любом направлении.

Учёные выделили два типа клеток: одни были скорее сферической формы, а другие в виде эллипса. Выяснилось, что сферические сгустки преимущественно топтались на месте. Движения ресничек на шарообразной поверхности компенсировали друг друга. Эллипсовидные тела оказались способны к перемещению. Траектория движения зависела от густоты ресничек в той или иной области сгустка, но преимущественно это было движение по кругу.

В своём эксперименте учёные поместили группу изготовленных таким образом антропороботов в имитацию разреза нейронной ткани. Наблюдение показало, что вскоре в разрезе возник мостик между его краями и «рана» заросла за несколько дней. Учёные не могут объяснить механизм и биофизику явления, но считают опыт обнадёживающим и намерены его продолжить. Это примерно соответствует популярному комментарию к научным новостям на нашем сайте: «Ничего не понятно, но очень интересно». Многие удивятся, но большая наука тоже часто начинает с движения в неизвестном направлении.

Чем глубже в мозг проникают сверхчувствительные датчики учёных, тем точнее сигналы и лучше декодирование мыслей. Однако хотелось бы научиться распознавать мысленную речь без хирургического вмешательства. Это было бы проще и безопаснее. Шаг в этом направлении сделали учёные из Австралии, показав возможность довольно точного распознавания мыслей пациентов без установки датчиков внутрь головного мозга.

Источник изображения: UTS

Для считывания активности мозга была использована простая шапочка с электродами. Она снимала электроэнцефалограмму (ЭЭГ) — это рутинная, в общем-то, процедура для установки множества диагнозов, связанных с работой мозга. Эта процедура разрешена даже для детей и не несёт никакой опасности для пациента. Читать с её помощью мысли, конечно же, нельзя. Поэтому на следующем этапе учёные добавили к ЭЭГ большую языковую модель (LLM) и открытый набор данных ZuCo, что сразу перевело разработку в разряд перспективных.

Пакет ZuCo содержит данные о траектории движения глаз пациента в процессе чтения в сочетании с показаниями ЭЭГ. Как долго взгляд задерживается на слове, куда и в каком темпе перепрыгивает и другое. В сочетании с ИИ (с большой языковой моделью) и данными с ЭЭГ возникают сопоставления, которые транслируются в текст.

Исследователи из Технологического университета Сиднея (UTS) создали платформу DeWave LLM, которую протестировали на 29 добровольцах. Оказалось, что точность распознавания мысленно произнесённых фраз в среднем составляет 42,8 % в рамках двуязычной оценочной методики машинного перевода BLEU-1. Довольно неплохо для неинвазивной технологии чтения мыслей.

При этом система часто использовала синонимы вместо реально произнесённых пациентом слов и лучше понимала глаголы, что можно объяснить ограниченным набором данных. Впрочем, простор для улучшения методики есть, и опыт это хорошо показал. В любом случае, это лучше, чем ничего, а для страдающих проблемами речи людей это возможность вернуться к живому общению.

Портативная игровая консоль Steam Deck обрела широкую популярность и многие пользователи стали отмечать приятный запах, исходящий из вентиляционных отверстий устройства. В шутки или всерьёз владельцы стали сообщать о стремлении нюхать «выхлоп» Steam Deck как можно чаще и это стало мемом в сообществе. Наконец, один из пользователей обратился в службу поддержки Valve с вопросом, насколько это безопасно?

Вряд ли кто-то мог всерьёз рассчитывать, что в службе поддержки Valve порекомендуют продолжать нюхать тёплый воздух, исходящий из электронного устройства. Теоретически использованные для изготовления электронной платы, микросхем, корпуса, проводов и припоя материалы должны быть сертифицированы для безопасной эксплуатации. Но стопроцентной гарантии никто не даст, как и нельзя учесть индивидуальные особенности каждого организма. Банальная аллергия на неустановленное вещество или приступ астмы могут серьёзно навредить, если обстоятельства сложатся определённым образом.

Естественно, в службе поддержки Valve категорически порекомендовали не нюхать воздух, исходящий от работающей консоли, что может быть опасным для здоровья. Пользователь Reddit с ником Metapod100 выложил на форуме соответствующий скриншот с ответом. При этом в компании отдают отчёт, что это может стать мемом и, в общем, мало кого отвернёт от продолжения практики вдыхания выхлопа от игровой консоли.

Стоит напомнить, что в своё время была серьёзная борьба по снижению количества кадмия и других тяжёлых металлов в игровых приставка Sony и других компаний. В отличие от беспечных игроков регулятор понимает вредность и последствия попадания в организм подобных веществ, которые там могут накапливаться и приводить к серьёзным нарушениям здоровья. Поэтому не надо поддаваться шутливому настрою. Нюхать выхлоп от нагретой электроники — это неправильно и нездорово.

Обширное более чем двухлетнее исследование в Швеции по доставке дронами автоматических дефибрилляторов для реанимации людей с остановившимся сердцем показало, что беспилотники действительно спасают жизни до прибытия медиков. Эксперимент имеет все предпосылки стать мировой практикой.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 2.2 / 3DNews

Исследование провели учёные крупнейшего в Швеции медицинского университета — Каролинского института. Развёртывание беспилотников с автоматическими внешними дефибрилляторами (AED, automated external defibrillators) началось летом 2020 года. Проект охватил территорию западной Швеции с населением около 200 тыс. человек. Первоначальное исследование, проведенное летом 2020 года в Гетеборге и Кунгальве, показало, что идея осуществима и безопасна.

Собранный учёными материал удостоился публикации в престижном медицинском журнале The Lancet Digital Health. Предпосылкой к данному проекту стала статистика, которая говорит, что в Швеции ежегодно внезапная остановка сердца происходит примерно у 6 тыс. человек. Из них выживают только 600 человек или десятая часть пациентов. При этом в стране имеются десятки тысяч приборов AED, но они не доступны в домах людей, где случаются приступы. В то же время важно как можно быстрее попытаться запустить остановившееся сердце. Приборы AED позволяют сделать это неспециалисту — они сами определяют, нужен разряд или нет.

«Это более полное продолжение исследования, которое теперь показывает на большом материале, что методика работает в течение всего года, летом и зимой, при дневном свете и в темноте. Беспилотники могут быть оповещены, прибыть, доставить AED, и люди на месте успевают воспользоваться AED до приезда скорой помощи», — сказала София Ширбек, ведущий автор исследования.

В ходе проведения работы беспилотники доставили приборы AED в 55 случаях подозрения на остановку сердца. В 37 из этих случаев доставка осуществлялась до приезда скорой помощи или в 67 % случаев (дроны оповещались одновременно со звонком в скорую помощь), а среднее время доставки составило 3 минуты 14 секунд. Позвонивший должен был достать прибор из контейнера и, следуя голосовым инструкциям, применить его, что в стрессовой ситуации довольно непросто. Так, в 18 случаях реальной остановки сердца прибор удалось применить только 6 раз, что составило 33 %. В двух случаях прибор рекомендовал запустить импульс, и в одном случае это привело к запуску остановившегося сердца. Пациент выжил.

«Наше исследование раз и навсегда показало, что доставка AED с помощью дронов возможна и что это можно сделать за несколько минут до приезда скорой помощи в случае острой остановки сердца, — заявляют учёные. — Экономия времени означает, что в ряде случаев центр экстренной медицинской помощи может дать указание человеку, вызвавшему скорую помощь, достать и использовать AED до приезда скорой помощи».

Агентство Reuters опубликовало итоги расследования деятельности компании SpaceX Илона Маска (Elon Musk). SpaceX вырвалась вперёд среди осваивающих космос частников, но за этим стоят по крайней мере одна смерть, а также увечья и потеря трудоспособности сотен её работников. Агентство сообщило о более 600 неизвестных ранее случаев травм на ракетном производстве Маска, которые компания скрывала.

Источник изображения: SpaceX

Власти смотрят сквозь пальцы на высочайший травматизм в компании SpaceX. Согласно закону, компания должна ежегодно передавать данные о несчастных случаях на производстве в контролирующие органы, в частности в Управление по охране труда США (OSHA). Но вскоре после начала деятельности SpaceX перестала предоставлять такую информацию и не понесла за это ответственности. В OSHA не ответили на запрос Reuters.

Из переданных данных за определённые годы следует, что травматизм в SpaceX был выше в 3–6 раз, чем в остальных аэрокосмических компаниях и в NASA (средний в США показатель по этому пункту равен 0,8 случаев на 100 человек). В первый год после приёма площадки для запусков ракет SpaceX на космодроме им. Кеннеди травматизм вышел за все мыслимые пределы: из 50 человек персонала площадки травмы получили 16 человек. Затем компания перестала сообщать о случаях травматизма на космодроме и не делает этого до сих пор. Регулятор не имеет к ней никаких претензий по этому поводу. Другие компаний отрасли, кстати, тоже перестали подавать такую информацию, сообщает Reuters.

Журналисты Reuters искали данные о случаях травматизма на предприятиях SpaceX в ходе опросов действующих и уволенных сотрудников, по журналам вызовов скорой помощи, из судебных исков и, наконец, ими были получены внутренние журналы компании по фиксации несчастных случаев, которые чудом стали достоянием общественности после запроса регулятора.

Расследование выявило свыше 600 случаев получения травм работниками SpaceX с 2014 года. Многие из них были серьёзными и привели к инвалидности. Среди них более 100 случаев порезов и рваных ран, 29 переломов костей и вывихов, 17 случаев раздробления кистей или пальцев, 9 травм головы, в том числе один перелом черепа, четыре сотрясения мозга и одна черепно-мозговая травма. В число случаев также вошли пять ожогов, пять поражений электрическим током, восемь несчастных случаев закончились ампутацией конечностей, 12 травм привели к повреждениям нескольких неуточнённых частей тела, и семь случаев травм глаз. Другие случаи были относительно незначительными, в том числе более 170 сообщений о растяжениях и вывихах.

По словам работников, в компании пренебрегают мерами техники безопасности, считая их тормозом в производственном процессе. Формально за ТБ в компании отвечают так называемые ответственные инженеры, но по американскому законодательству ответственность несёт компания. Но даже это не исполняется. За восемь тяжелейших случаев с одной смертью, комой, и другими тяжёлыми увечьями компания выплатила в совокупности не более $60 тыс. штрафов. Регулятор выставлял SpaceX смехотворные штрафы, но не стал отвечать, почему так происходило.

По словам менеджеров SpaceX, рабочее сами должны отвечать за соблюдение техники безопасности. Их для этого обучают. В то же время рабочие отрицают это. Спешка при подготовке новых кадров не позволяет оценить степень подготовки работника, как и отсутствуют необходимые средства и порядок организации безопасной работы. Специальные ограждения отсутствуют, средств индивидуальной защиты, как правило, нет и не предоставляются даже по запросу. Более того, Илон Маск не любит яркие цвета и запрещал в его присутствии рабочим носить жёлтые жилеты, а также требовал перекрашивать габаритные метки из жёлтых в синий и чёрные цвета.

Изнуряющая работа без соблюдения мер техники безопасности стала одним из факторов, который помог космической компании Илона Маска вырваться вперёд среди конкурентов и плотно припасть к государственным заказам. Части сотрудников SpaceX нравится такой подход — он «устраняет бюрократию» и даёт возможность действовать без оглядки на какие-то там правила. А ведь компания стремится доставить людей на Марс! Но это может импонировать лишь до того момента, пока сам не получишь травму. И тогда итог плачевный, человек лишается работы, здоровья и будущего. Больше в материале Reuters.

Исследователи из Университета Дьюка создали мозговой имплантат, который может обеспечить общение на основе одних только мыслей. Устройство призвано помочь людям, страдающим речевыми расстройствами или неспособными на вербальное общение по тем или иным причинам. Первые опыты показали хорошие перспективы разработки.

Источник изображений: Dan Vahaba/Duke University

Эксперименты по преобразованию мозговой активности в текст и голосовое общение путём сканирования сигналов головного мозга пациентов позволяют сегодня транслировать «мысли» в слова со скоростью до 78 слов в минуту. Это как слушать аудиокнигу на вдвое меньшей скорости, заявляют авторы исследования. Обычно человек проговаривает до 160 слов в минуту, что делает общение живым и естественным. Чтобы люди с поражением речевого аппарата также могли участвовать в таком общении, им нужны более точные датчики мозговой активности.

Группа учёных из Университета Дьюка совместно с лабораторией биомедицинской инженерии университета создали датчик активности мозга с 256 сенсорами на кусочке пластика размером с почтовую марку. Новый датчик способен улавливать сигналы от одиночных нейронов, что позволяет с высокой точностью определять их активность.

Учёные не собирались читать мысли напрямую. Но по комплексу сигналов для мышц речевого аппарата — языка, гортани и лицевых — они рассчитывали с высокой точностью определять невысказанные вслух мысли пациентов (речью управляют до 100 мышц, за сигналами к которым необходимо следить). Таким образом, мысленно произнесённая фраза должна была транслироваться в сигналы мышцам, и по этим прямо считанным с мозга данным нужно было воспроизвести всё, что пациент собирался сказать. В случае пациента с поражением речевого аппарата мысли так бы и остались в коре головного мозга и дальше сигналы бы не прошли, но считанные датчиком они получили возможность быть воспроизведёнными компьютером.

Эксперимент с четырьмя пациентами показал, что средняя точность распознавания мысленно произнесённых слов составляет 40 %, а максимальная — 84 %. Алгоритм распознавания обучался в режиме «слушай и повторяй». Пациент произносил бессмысленные короткие сочетания букв, на которых алгоритм учился распознавать мозговую активность для того или иного сочетания звуков.

Слева старый менее чувствительный датчик, справа — новый, с которым проводили эксперимент

Несмотря на относительно низкий процент распознавания звуков, команда учёных говорит об успехе. Дело в том, что алгоритм обучался всего 90 секунд в ходе 15-минутного тестирования. Ровно столько времени было у экспериментаторов с каждым пациентом. Это происходило в ходе плановых операций на мозге пациентов. Когда нейрохирурги заканчивали операцию, они давали учёным 15 минут поработать с пациентами над их программой. Без доступа к открытому мозгу, на определённый участок коры которого напрямую устанавливался датчик, работа не могла быть проделана.

На следующем этапе учёные собираются создать беспроводные датчики, чтобы работать с пациентами в обычных условиях, а не в операционной. Когда-нибудь это приведёт к появлению удобных мозговых имплантатов для трансляции мыслей в речь или цифровые сообщения.

Компания Apple всегда стремилась быть в авангарде инноваций, и сфера здравоохранения пользователей не является исключением. С момента основания проекта Avolonte Health в 2011 году, компания исследовала возможности интеграции медицинских технологий в свои продукты. Однако, как показало время, переход от теории к практике оказался более сложным процессом из-за ряда проблем.

Одной из основных проблем являются технологические ограничения. Например, несмотря на значительные инвестиции в проект по разработке инструмента для неинвазивного отслеживания содержания глюкозы в крови, технология так и не была интегрирована в Apple Watch из-за проблем с расходом заряда батареи и высокими требованиями к миниатюрности компонентов. Даже после того, как в носимые устройства были добавлены некоторые медицинские функции, вроде мониторинга сердечного ритма и снятия электрокардиограммы, оригинальная идея о маленькой медицинской лаборатории на запястье пользователя до сих пор не реализована в полной мере.

Внутренние разногласия в философии компании также играют роль в замедлении прогресса. Внутри Apple существует напряженность между стремлением служить здоровым людям, предлагая им инструменты для мониторинга и улучшения их здоровья, и потребностью помогать больным людям, что представляет собой более сложные задачи с точки зрения медицинской диагностики и лечения. Этот внутренний диссонанс отражает глобальное противоречие в отрасли между профилактическими мерами и лечением уже имеющихся заболеваний.

Тем не менее, несмотря на эти преграды, Apple продолжает инвестировать в медицинские технологии. В планах на 2024 год — внедрение в Apple Watch функций обнаружения гипертонии (повышенного давления) и апноэ (временного прекращения дыхания во время сна), а также возможности слуховых аппаратов для AirPods и превращение AR/VR-гарнитуры Vision Pro в устройство для здоровья и фитнеса. Эти планы показывают, что, несмотря на прежние трудности, компания продолжает двигаться вперед, стремясь внести свой вклад в медицинскую отрасль.

Также заслуживает внимания исследование Apple в области виртуальной реальности для улучшения психического здоровья, а также разработка для смарт-часов функций для отслеживания уровня кровяного давления и сахара в крови, что может стать важным шагом на пути к более активному участию в медицинской сфере.

При этом, некоторые критики указывают, что, несмотря на эти усилия, компания до сих пор избегает затрагивания более сложных аспектов медицинского ухода, таких как диагностика и лечение заболеваний. Эта осторожность может быть обусловлена страхом перед возможными регуляторными и юридическими проблемами, а также желанием сохранить имидж компании.

В общем, несмотря на значительные усилия Apple в области медицинских инноваций, полноценный вход в эту сферу может потребовать больше времени и ресурсов, чем предполагалось изначально.

Немецкие учёные из Университета Фридриха-Александра в Эрлангене и Нюрнберге (FAU) создали и испытали самый крошечный в мире ускоритель элементарных частиц. Длина вакуумной трубы, в которой происходит ускорение электронов, всего 0,5 мм, что в 54 млн раз меньше размеров другого ускорителя — Большого адронного коллайдера, который расположен на другом конце шкалы этих научных приборов. Но малютка нужна не для науки. Она необходима для медицины и не только.

Источник изображения: FAU/Laser Physics, Stefanie Kraus, Julian Litzel

Учёные хотели бы увидеть свой прибор в качестве инструмента для борьбы с опухолями внутри тела человека. Это была бы намного более щадящая терапия, чем традиционная радиационная. Крошечный ускоритель мог бы располагаться на конце эндоскопа и стать своеобразным оружием в борьбе с этим смертельным заболеванием непосредственно на месте.

Идея миниатюрного ускорителя электронов или нанофотонного ускорителя электронов (NEA), как назвали его учёные, была предложена в 2015 году. Кроме учёных из Германии свой нанофотонный ускоритель электронов создали исследователи из Стэнфордского университета. Однако учёные из Университета им. Фридриха-Александра первыми прошли этап рецензирования статьи и сообщили об успехе в журнале Nature.

«Впервые мы действительно можем говорить об ускорителе частиц на [микро]чипе», — поделился достижением соавтор исследования физик из FAU Рой Шилох (Roy Shiloh).

В микроскопической вакуумной трубке ускорителя диаметром всего 225 нм, что многократно тоньше человеческого волоса, содержатся тысячи отдельных «столбиков», на которые направляются лазерные импульсы соизмеримой мощности. Импульсы возбуждают в гребёнке электромагнитное поле, которое и ускоряет электроны.

Представленный экземпляр ускорителя разгоняет электроны всего на 43 %, придавая им энергию 40,7 кэВ с изначальных 28,4 кэВ (килоэлектронвольт). Для практических целей этого мало, но учёные находятся только в начале пути и рассчитывают создать ускорители с более высокими энергиями, хотя до БАКа, конечно же, они не дотянутся. Но будет любопытно наблюдать, как приборы из фундаментальной физики начнут проникать в повседневную жизнь. Это ли не фантастика?

Учёные из Университета Тафтса (США) представили прототип гибридного транзистора на основе шёлка. Биологический материал включили в стандартный техпроцесс производства чипов, что обещает сделать его использование массовым. Сочетание кремния и биотехнологий позволяет гибридным электронным цепям реагировать одновременно на электрические и биологические сигналы, открывая путь к датчикам здоровья и нейропроцессорам.

Источник изображения: Tufts University / Silklab

Исследователи давно ищут мостик между живым и неживым, который позволит создавать нейроинтерфейсы между электронными устройствами и живыми организмами. Перспективы подобных решений невозможно переоценить. Нейросети, подобные мозгу процессоры, датчики биологических процессов в организме людей — это многое изменит в жизни людей. Произойдёт это не завтра и не послезавтра, но рано или поздно мир станет совершенно иным.

Подтолкнут ли к этим изменениям только что представленные гибридные транзисторы, или они канут в небытие, мы пока не знаем. Но на данном этапе разработка демонстрирует ряд интересных свойств, например, способность вписаться в современные техпроцессы выпуска микросхем.

Предложенный учёными гибридный процессор в качестве изолятора (очевидно, затвора) использует материал на основе белка фиброина, входящего в состав шёлковых нитей и, например, паутины. Этот белок показал хорошую восприимчивость в процессе регулировки его ионной проводимости электронными импульсами и биомаркерами.

По сути, мы имеем дело с чем-то сильно напоминающим, как работает ячейка памяти ReRAM: насыщение ионами рабочего слоя меняет там сопротивление. Тем самым гибридный транзистор на основе шёлка вполне перекрывает область применения резистивной памяти или мемристора, как назвала его компания HP, и даже выходит за его пределы, поскольку заходит в сферу биологии.

На основе предложенного решения исследователи создали датчик дыхания, чутко реагирующий на влажность. Здоровье человека — это та сфера, которая может стать благодатной почвой для множества перспективных начинаний, и «транзистор из шёлка» вполне может стать одним из них.

Американский стартап Niura разработал наушники-вкладыши для постоянного слежения за здоровьем мозга. Своевременно обнаружить нарушения в работе мозга, например, инсульт, означает спасти человеку здоровье и жизнь. В качестве бонуса технология Niura обещает создать рекомендательный сервис по предложению музыки на основе слежения за настроением пользователя, тем самым оберегая уже душевное здоровье человека.

Источник изображений: Niura

Стартап вырос из личных переживаний его организаторов, ближайшие родственники которых пострадали от поражений головного мозга. Сначала проект был создан на базе Arduino, и лишь затем был реализован в виде компактной платы со сторонами 20 × 12 мм, которая помещается в относительно компактные наушники.

Ключевым элементом устройства являются сухие силиконовые датчики-контакты, которые размещены по периметру наушников. Они обеспечивают достаточно хороший контакт с кожей и, по словам компании, не снижают чувствительность при обильном потоотделении.

Решение Niura простое в использовании и может использоваться постоянно в отличие от обычных датчиков для снятия электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Это особенно важно, например, в ходе проведения операций на головном мозге. В обычных условиях ЭЭГ снимается до и после проведения операции, а с помощью наушников Niura это можно делать непосредственно в процессе проведения операции.

Близость внутриушного электрода наушников Niura к слуховой коре головного мозга, которая отвечает за обработку музыки и аудио, обещает раскрыть ещё один потенциал устройства. Наушники смогут различать настроение пользователей, и с помощью рекомендательного ИИ-сервиса будут воспроизводить музыку, соответствующую душевному состоянию.

Данные с наушников передаются в смартфон, где происходит их обработка. На всех этапах происходит шифрование трафика и данных в соответствии с требованиями американских регуляторов. Компания получила ряд предварительных патентов на ключевые технологии и ведёт переговоры с ведущими мировыми брендами о выпуске коммерческой продукции на основе платформы Niura. Самостоятельно этим она заниматься не будет. Будет только предоставлять лицензии.

В журнале Nature вышли две статьи, в которых учёные рассказали о новых методиках трансляции мыслей пациентов с поражениями мозга в речь и эмоции. Преобразование мозговой активности в текст и голосовое общение происходит с помощью алгоритма машинного обучения. Учёным удалось увеличить скорость преобразования почти в четыре раза с 18 слов в минуту до 78. Это ниже среднего для обычного разговора темпа в 160 слов в минуту, но кратно быстрее, чем было до этого.

Источник изображений: Noah Berger/UCSF

Нейродегенеративные заболевания, инсульты или травмы способны лишить человека речи разными способами, но один из них достаточно легко поддаётся исправлению. Современные технологии позволяют создать мостик между здоровыми участками мозга, отвечающими за речь или мысленное произношение, и мышцами, управляющими мимикой и позволяющими говорить. Естественный канал коммуникации между мышцами и мозгом может быть разорван в случае болезни или травмы, и тогда на помощь приходит интерфейс человек-компьютер и обучаемый алгоритм.

В мозг пациента встраивается датчик или несколько датчиков с электродами, входящими в зоны активности мозга человека, ответственные за произношение и речь (хотя учёные пока не до конца понимают, какие это зоны). В одном случае, например, учёные установили на речевую область сенсомоторной коры и на область верхней височной извилины женщины после инсульта 253 электрода. После болезни она не могла говорить и даже печатать.

В течение нескольких недель ИИ обучался на примере произношения пациенткой 1024 слов из специально подобранного словаря. Для упрощения работы алгоритма он разбивал все слова на фонемы, которых было всего 39. Затем словарный запас женщины был расширен до 125 тыс. слов. Машинный алгоритм смог распознавать мысленное произношение женщины с ошибками на уровне 25 %, но со скоростью до 78 слов в минуту.

Алгоритм также научили распознавать эмоции пациентки — горе, радость, удивление. Наконец, используя старую видеозапись женщины, учёные создали её компьютерный образ — аватар — и заставили его транслировать текстовые сообщения в голосовые. По сути, они вернули пациентке возможность разговаривать.

Сегодня подобные процедуры восстановления сопряжены с длительным обучением ИИ и необходимостью быть постоянно подключённым к компьютеру. Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) и Калифорнийского университета в Беркли, которые реализовали представленную методику, теперь работают над беспроводными вариантами транслятора. Когда-нибудь это повысит социальную вовлечённость людей с подобными медицинскими проблемами.

В погоне за здоровым зрением и крепким сном маркетологи, врачи и пациенты бросились рекламировать, прописывать и носить очки с блокирующими синий свет стёклами. Группа учёных из Австралии и Великобритании взялась оценить эту практику на основе свежих научных работ. Оказалось, что нет достоверных данных о пользе синих фильтров для глаз, здоровья и сна пациентов.

Источник изображения: Pixabay

Исследователи из Университета Мельбурна совместно с коллегами из Университета Монаша и Лондонского городского университета подвергли анализу 17 опубликованных исследований из 6 стран, посвящённых использованию очков, блокирующих синий свет. Рандомизированные контролируемые исследования включали от 5 до 156 участников и проводились в течение периода времени от одного дня до пяти недель.

В результате проведенной работы учёные пришли к выводу, что очки, блокирующие синий свет, могут не соответствовать заявлениям рекламодателей и кабинетов оптометрии. Как следствие учёные призывают специалистов и потребителей дважды подумать о выборе очков с фильтрующими стёклами. Как минимум, это будут выброшенные деньги. В опубликованных данных исследователи не нашли убедительных данных о влиянии фильтров синего света в очках на общее состояние глаз, качество сна или зрительную работоспособность.

«Результаты нашего обзора, основанного на современных, наиболее достоверных данных, показывают, что доказательства этих утверждений [о пользе фильтров синего света] неубедительны и неопределенны, — рассказала ведущий автор исследования Лаура Дауни (Laura Downie). — Наши результаты не поддерживают назначение фильтрующих синий свет линз населению в целом. Эти результаты важны для широкого круга заинтересованных сторон, включая специалистов по офтальмологии, пациентов, исследователей и общественность».

Вероятно, для более детального изучения вопроса необходимо провести более длительное и более глубокое исследование, но даже имеющихся данных достаточно, чтобы воспринимать идею фильтрации синего света сомнительной.

«Количество синего света, получаемого нашими глазами от искусственных источников, таких как экраны компьютеров, составляет примерно тысячную долю от того, что мы получаем от естественного дневного света, — поясняют авторы. — Следует также иметь в виду, что линзы, фильтрующие синий свет, обычно отфильтровывают около 10–25 % синего света, в зависимости от конкретного продукта. Для фильтрации большего количества синего света линзы должны иметь явный янтарный оттенок, что существенно повлияет на восприятие цвета».

Исследователи Калифорнийского университета (UC) в Беркли впервые получили музыкальную композицию, воссозданную по сигналам из мозга человека. Пациенты прослушивали трек «Another Brick in the Wall (Part 1)» группы Pink Floyd, а имплантированные в мозг датчики снимали показания. Различение ритма и мелодии в сигналах мозга поможет разработать имплантаты для людей, страдающих нарушениями в области восприятия речи и эмоций и не только.

Источник изображения: Pixabay

Для поиска зон мозга, ответственных за восприятие музыки в широком смысле этого слова, в мозг 29 пациентов были имплантированы по 2268 электродов. Всем им ставили композицию Pink Floyd «Ещё один кирпич в стене», ставшую классикой рока. Параллельно прослушиванию с датчиков снимались показания мозговой активности, которые затем расшифровывали с помощью линейного и нелинейного ИИ-алгоритма.

Что в итоге получилось, можно прослушать в ролике ниже. Ценители Pink Floyd могут прийти в ужас от услышанного. С другой стороны, мозг может служить своеобразным фильтром, придающим композиции новизну и определённую оригинальность. Нельзя исключать, что это, в том числе, приведёт к появлению новых музыкальных находок и даже направлений.

При поиске ориентированных на музыку областей в головном мозге учёные решали другую задачу. Есть большой класс пациентов, страдающих от нарушений в восприятии и воспроизведении речи. В общем случае это называется просодией. Просодия подразумевает невозможность выделить в речи эмоции, ударения, акценты и другие нюансы, что сильно ограничивает страдающих ею в социализации. Считывание мелодии прямо с мозга помогло определить центры, отвечающие за мелодику и ритм. Фактически это путь к преодолению недуга с помощью имплантатов и ИИ-алгоритмов.

Источник изображения: Ludovic Bellier/CC-BY 4.0

Оказалось, что за музыкальную активность мозга отвечают другие отделы, чем те, которые поддерживают речь. Прежде всего — это верхняя височная извилина, а также области в сенсорно-моторной коре и нижней лобной извилине. В этих областях были расположены 347 электродов из 2268, установленных для эксперимента. Это то разрешение, с которым была считана с мозга легендарная композиция Pink Floyd, что наверняка можно улучшить в последующих экспериментах. Интересно, как к этому отнесутся правообладатели?

Группа британских учёных провела первое в своём роде исследование химического состава пыли в воздухе на Международной космической станции. Оказалось, что атмосфера на станции не только далека от стерильности, но также загрязнена сильнее, чем в среднестатистических домах европейцев и американцев.

Источник изображения: Pixabay

Для анализа состояния воздуха на МКС учёные получили вакуумные мешки от пылесосов, с помощью которых экипаж очищает воздушные фильтры в системе вентиляции на станции. Воздух на МКС обновляется до десяти раз в час и вся мелкая пыль, ворсинки, волосы и крошки оседают либо на предметах и стенах станции, либо на фильтрах. Очистку фильтров пылесосами команда проводит примерно раз в неделю. Несколько заполненных пылью вакуумных мешков от пылесосов были доставлены на Землю и один из них отправлен в Бирмингемский университет, на основе изучения содержимого которого учёные опубликовали научную статью.

Оказалось, что концентрация потенциально опасных химических загрязнителей воздуха на МКС может превышать концентрацию пыли на полах в домах в США и Западной Европе. Однако по отдельным видам химических веществ их концентрация в воздухе на станции выше, чем в помещениях на Земле. Работа учёных показала, что к выбору материалов для конструкции станции и изготовления оборудования для неё, а также к материалам для использования в условиях космических жилищ и поселений необходимо относиться с осмотрительностью и дальновидностью. Экипажам и колонистам придётся вдыхать микропластик разной степени агрессивности и предотвратить или минимизировать это можно ещё на этапе проектных работ.

В образцах пыли с МКС обнаружен целый спектр нежелательных и даже опасных для здоровья химических соединений. В частности, полибромированные дифениловые эфиры (ПБДЭ), которые представляют собой относительно новый класс стойких органических загрязнителей окружающей среды. Это вещество придаёт огнеупорность тканям и широко используется при изготовлении негорючих пластмасс. Его концентрация не превысила средних показателей по земным жилищам, но это не отменяет того, что его нахождение в воздухе нежелательно.

Также в образцах пыли с МКС были обнаружены другие огнеупорные присадки, такие как бромированные антипирены и фосфорорганические эфиры. Они широко используются в электрическом и электронном оборудовании, строительной изоляции, обивке для мебели, тканях и пенопласте. Ряд таких химических соединений рассматривается как потенциальные канцерогены и могут быть запрещены для использования в странах ЕС.

Кроме того, в пыли с МКС были обнаружены полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые содержатся в углеводородном топливе и выделяются при его сгорании, полихлорированные бифенилы (ПХБ), используемые в строительных и оконных герметиках, и перфторалкильные вещества (ПФАС), которые используются для защиты тканей от пятен. Ряд ПФАС-соединений имеют подтверждённые свойства канцерогенности и были запрещены для использования в развитых странах. Кроме них на МКС выявлены также вещества из категории стойких органических загрязнителей, которые имеют свойство накапливаться в организме с печальными для здоровья человека последствиями.

Повышенная концентрация микропластика в воздухе МКС может быть связана с условиями нахождения в космосе, где радиация может оказывать усиленное воздействие на материалы. Но научных работ на тему ускоренного разрушения популярных материалов и пластиков на борту космических станций ещё не было. Они ещё ждут своих исследователей.

Представьте, что умные часы или фитнесс-браслет смогут управлять вашим метаболизмом, а не просто измерять пульс и подсчитывать количество шагов. Такое кажется невозможным, но поставленный учёными эксперимент показал, что активностью генов в клетках человека можно управлять электрическими импульсами.

Источник изображения: Pixabay

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) проделали работу, результатом которой может стать использование в будущем носимых устройств для укрепления нашего здоровья, а не только для сбора данных об активности. Учёные представили то, что они назвали «электрогенетическим» интерфейсом. Перспективный интерфейс способен запускать целевые гены по команде в те моменты, когда наш организм будет нуждаться в стимуляции или в коррекции состояния здоровья.

«Носимые электронные устройства играют всё большую роль в получении данных о здоровье человека для проведения персонализированных медицинских вмешательств, — пишут исследователи в опубликованной ими статье. — Однако из-за отсутствия прямого электрогенетического интерфейса, носимые устройства пока не могут напрямую программировать генную терапию. Здесь мы предоставляем недостающее звено».

Как сообщается в статье учёных в журнале Nature Metabolism, эксперимент был поставлен на мышах, больных диабетом 1-го типа. Мышам имплантировали клетки поджелудочной железы человека. Раздражение этих клеток электрическим током по команде с внешнего устройства приводило к принудительной выработке инсулина. С оговорками, но животных фактически избавили от неизлечимой болезни.

Источник изображения: Nature Metabolism

Стимуляция клеток происходит в процессе образования активных форм кислорода — очень активных и «агрессивных» молекул, уровень которых, впрочем, контролировался и не достигал концентрации, после которой молекулы кислорода становятся для организма ядом. Молекулы кислорода напрямую воздействуют на ДНК при делении клеток и могут направлять этот процесс в нужное русло, обеспечивая генную терапию с помощью контролируемых электрических импульсов.

«Мы считаем, что эта технология позволит носимым электронным устройствам напрямую программировать метаболические вмешательства», — пишут исследователи. Очевидно, что такое произойдёт очень и очень нескоро. Но потенциал в этом есть, и он обещает когда-нибудь справиться с генетическими заболеваниями и не только. Например, получить возможность выбрать в меню браслета режим «форсаж» и догнать уходящий поезд.