Группа учёных из Университета Цинхуа сообщила, что разработанный ими мозговой имплантат вернул давно парализованному пациенту подвижность руки. Отмечается, что китайская разработка менее опасна для тканей мозга, чем имплантат компании Neuralink Илона Маска (Elon Musk). Имплантат Маска проникает в нервную ткань и разрушает часть нервных клеток в месте установки, тогда как китайский датчик накладывается поверх нервной ткани.

Источник изображения: Tsinghua University

На днях Илон Маск признался, что компания Neuralink провела первую операцию по установке мозгового имплантата в голову человека. Датчик Neuralink заглубляет в нервную ткань коры головного мозга тончайшие иглы. Заглубление происходит всего на 2 мм, но оно, без сомнения, разрушает часть нервных клеток в месте установки.

Китайские учёные пошли по другому пути. Около 10 лет команда из Цинхуа разрабатывала имплантат, который сохранял бы достаточную к мозговым сигналам чувствительность и не повреждал бы корковые нейроны, которые лишними не могут быть по определению, поскольку отвечают, в том числе, за память и навыки. Поэтому датчик Neural Electronic Opportunity или NEO, как они назвали свою разработку, помещается в эпидуральное пространство между мозгом и черепом. Оно также заполнено живыми тканями и сосудами, но нервной ткани в них нет.

Датчик NEO не имеет собственного питания. Оно у него беспроводное. Высокочастотная передающая антенна для передачи питания и блок управления, а также передатчик сигналов мозга на смартфон или компьютер смонтированы на внешней стороне черепа. Платформа работает через систему машинного обучения, которая совершенствует свои способности по мере реабилитационных мероприятий.

Первый имплантат был установлен пациенту 24 октября 2023 года. К настоящему времени учёные наблюдают «впечатляющий прогресс». Человек, который последние 14 лет после перенесённой травмы не мог двигать своими руками и ногами, с помощью мозгового имплантата научился управлять элементом экзоскелета на руке настолько, что смог самостоятельно принимать пищу. В декабре была проведена операция на другом пациенте, но он пока проходит стадию восстановления.

«Следующим этапом исследования является разработка нового протокола активной реабилитации с поддержкой интерфейса мозг-компьютер для ускорения роста нервной ткани на месте повреждённых сегментов спинного мозга», — сообщили в университете. Только лечением травм и заболеваниями нервной системы учёные не ограничатся. В перспективе они мечтают соединить мозг и компьютер таким интерфейсом, чтобы одно стало продолжением другого.

Ширится и растёт популярность создания на чипах живых имитаторов органов человека. Это даёт возможность безопасно проверять лекарства на человеческих тканях и изучать течение болезней вне тела человека. Электроника позволяет тщательнее следить за процессами и вести сбор данных круглосуточно, что раньше было невозможно.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Новые и ещё не проверенные лекарства и методы лечения способны нанести здоровью намного больше вреда, чем пользы. Особенно это касается лечения онкологических заболеваний, которые уничтожают не только больные клетки, но также множество здоровых. Именно для оценки токсичности подобных лекарств для сердечной ткани учёные из медицинского центра Cedars-Sinai в Лос-Анджелесе создали «сердце на чипе», которое как и живое бьётся с частотой 60 ударов в минуту.

«В конечном счёте, многоклинические системы на основе hiPSC, такие как представленный здесь ”сердечный чип”, могут снизить зависимость от опытов на животных, которые традиционно используются для доклинического тестирования кардиотоксичности лекарств», — пишут исследователи в статье в The Royal Society of Chemistry.

Индуцированные стволовые плюрипотентные клетки (hiPSC) способны трансформироваться в клетки любого типа. Учёные создали из них два параллельных канала, создав, таким образом, в одном канале подобие мышечных тканей, в другом — аналог кровеносных сосудов. Мышечная ткань смогла неделями оставаться в живом состоянии и демонстрировала характерные для сердечной ткани сокращения с частотой около 60 ударов в минуту.

Источник изображения: The Royal Society of Chemistry

«Разработанная нами платформа ”сердечный чип” позволяет проводить скрининг потенциально кардиотоксичных химиотерапевтических агентов на нескольких типах сердечно-сосудистых клеток в физиологически релевантной модели», — сообщают исследователи.

Живые ткани оставались функциональными в течение нескольких недель, предоставляя возможность для более длительных исследований того, как лекарства и другие факторы окружающей среды влияют на сердце. Такая платформа не только поможет в разработке более безопасных лекарств, но и сможет больше рассказать учёным о тонкостях сердечных заболеваний, а именно о том, как они начинаются и прогрессируют, и как их можно лечить.

На основе разработанных в Китае биотехнологий стартовало масштабное опытное производство пищевого белка из обычного угля. Получаемый белок будет использоваться в качестве добавок к кормам для животных. Сегодня для этого Китай закупает до 100 млн тонн сои, что делает его продуктовый рынок уязвимым. В случае успеха белок из угля найдёт применение также в пищевой промышленности и фармакологии.

Как бы выглядел протеиновый батончик из угля по мнению ИИ. Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Китай богат углём не самого лучшего качества. Значительная часть угля для электростанций, например, закупается в Австралии. В то же время это огромная отрасль как поддерживающая экономику, так и оказывающая вред экологии. Было бы заманчиво использовать уголь для чего-то более полезного и не такого вредного, как его простое сжигание. К примеру, в Китае уже производят из угля этиловый спирт, в котором нуждается химическая промышленность и транспорт на биотопливе. Производство из угля пищевого белка, витаминов и аминокислот вывело бы угледобывающую отрасль на новый уровень с ещё большей пользой для человечества.

Помочь с переработкой угля в белок могут микроорганизмы. Происходит это не напрямую, а в процессе усвоения метанола, который, в свою очередь, получают в процессе газификации угля. Метанол хорошо смешивается с водой и может участвовать в химических реакциях с минимальным использованием специализированного оборудования для ферментации. В газообразной среде такие реакции менее эффективны.

Разработали техпроцесс эффективного получения белка из метанола учёные из Тяньцзиньского института промышленной биотехнологии Китайской академии наук (CAS) под руководством профессора Ву Синя (Wu Xin). Они изучили около 20 тыс. штаммов дрожжей со всего Китая и отделили наиболее перспективный из них — Pichia pastoris (P. pastoris). В последующей работе исследователи модифицировали гены этого штамма, пока не добились высочайшего уровня преобразования метанола в белки. Заявлено, что генно-модифицированный штамм P. Pastoris производит 120 г сухой массы клеток на 1 л, что эквивалентно превращению 67,2 % метанола в белок. Это соответствует 92 % от теоретического значения, что впечатляет.

Работы над превращением метанола в белок ведутся с 80-х годов прошлого века. Но до сих пор не было настолько эффективной реакции, чтобы этот процесс стал экономически выгодным. В перспективе можно будет освободить пахотные земли для выращивания других продуктов, а белок из угля можно будет производить в любую погоду днём и ночью. Учёные уже начали подготовку к масштабному производству кормового белка из угля в объёмах нескольких тысяч тонн. Подробности не разглашаются, но исследователи уверены, что белок из угля найдёт также широкое применение в качестве частичной замены рыбной муки, бобовых, аминокислотных и минеральных добавок и дело может не ограничиться только животноводством.

В США белок из метанола получил разрешение на использование в качестве кормовых добавок для фермерского выращивания лососевых. Производит его компания KnipBio под названием KnipBio Meal. По своим качествам он соответствует рыбной муке. Китай не первый встал на аналогичный путь, но масштабы производства белка из угля в Поднебесной обещают быть грандиозными. Похоже, вскоре к надписям мелким шрифтом на упаковках продуктов питания надо будет относиться ещё серьёзнее.

Обученная на данных многолетних наблюдений за 6 млн датчан модель искусственного интеллекта смогла с высокой точностью прогнозировать важные события в жизни людей вплоть до указания даты их смерти. Точность предсказаний можно повысить ещё сильнее, если добавить к данным наблюдений сопровождающие жизнь людей видео, переписку и информацию о социальных связях. Но сначала предстоит решить этическую сторону вопроса.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Совместный проект исследователей из Университета Копенгагена (Дания) и Северо-Восточного университета в Бостоне (США) показал, что модель машинного обучения типа «трансформер» (transformer) может быть использована для прогнозирования событий в жизни людей.

Модель трансформер создавалась для обработки последовательностей, таких как текст на естественном языке. От других моделей она отличается более масштабным распараллеливанием задач и не требует соблюдения последовательности в анализе данных. Оказалось, что модель удачно подошла для упорядочивания данных и прогнозирования того, что произойдёт в жизни человека и даже смогла указать приблизительное время смерти. Более того, по точности предсказания поведения личности и времени её смерти новая модель превзошла все ранее созданные аналогичные модели.

Статья «Использование последовательности жизненных событий для прогнозирования человеческих жизней» с описанием созданной в эксперименте модели life2vec на основе данных о 6 млн датчан опубликована в журнале Nature Computational Science. Также она свободно доступна на сайте arХiv.org.

«Мы использовали модель для решения фундаментального вопроса: в какой степени мы можем предсказать события в вашем будущем, основываясь на условиях и событиях в вашем прошлом? С научной точки зрения нас интересует не столько само предсказание, сколько те нюансы в информации, которые позволяют модели давать такие точные ответы», — рассказал Сун Леманн (Sune Lehmann), профессор DTU и первый автор статьи.

Авторы работы использовали последовательность событий в жизни людей подобно тому, как строится из слов предложение. Собственно по этой причине для работы была взята модель трансформер, которая создавалась для анализа текстов. В то же время модель работает с учётом известных социальных закономерностей и наблюдений, на основании которых не только ИИ, но и обычные специалисты также могут сделать выводы о дальнейшем жизненном пути человека по месту его проживания, профессии, социальному статусу, полу, привычкам и по медицинской карте (посещениям врачей).

Данные для обучения модели life2vec взяты из информации о рынке труда и данных Национального регистра пациентов (LPR) и Статистического управления Дании. Набор данных включает в себя информацию обо всех 6 млн датчан и содержит сведения о доходах, заработной плате, стипендии, типе работы, отрасли, социальных пособиях и т.д. Набор медицинских данных включает записи о посещениях медицинских работников или больниц, диагнозе, типе пациента и насколько внезапным или срочным было обращение за медицинской помощью. Данные для модели представлены за период с 2008 по 2020 годы, хотя по ограниченной возрастной группе данные брались за период с 2008 по 2016 годы.

Авторы исследования отмечают, что для полномасштабного использования подобной модели в социальных целях необходимо ответить на множество этических вопросов. В то же время они подчёркивают, что широко распространённые механизмы по оценке целевой аудитории для рекламы позволяют узнавать о людях не намного меньше и это уже используется. Так что не будет ничего плохого, если модель сможет предсказать какое-нибудь негативное событие в жизни конкретного человека, которое можно будет избежать тем или иным образом. Дату смерти, кстати, модель предсказывает с точностью в пределах четырёх лет.

По словам исследователей, следующим шагом стало бы включение в модель других типов информации, таких как текст и изображения или информация о наших социальных связях. Такое использование данных открывает совершенно новое взаимодействие между социальными науками и наукой о здоровье.

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.

До конца года планшет Amazon Fire Max 11 получит поддержку режима Eye Gaze on Alexa. Это позволит управлять планшетом с помощью одних только глаз. Люди с ограничениями речи или тактильных возможностей смогут самостоятельно запускать те или иные приложения на устройстве просто глядя на экран и выбирая взглядом желаемое. Для устройств Amazon это станет первым опытом использования активного слежения за глазами пользователей.

Источник изображения: Amazon

Планшет Amazon Fire Max 11 с 11-дюймовым экраном на 2,2-ГГц процессоре MediaTek MTK8188J под управлением Android 11 поступил в продажу в мае этого года. Поддержка режима Eye Gaze on Alexa будет внедрена позже в этом году. Она основана на ранее реализованной функции Tap to Alexa и, фактически, дублирует множество её возможностей по запуску приложений, опирающихся на распознавание касаний. Но теперь запустить видео или включить музыку, а также совершить ряд других действий, например, управлять освещением или бытовыми приборами в системе умного дома, можно будет без использования рук или голосовых команд, а с помощью одних только глаз.

По словам Amazon, которая впервые представила функцию Eye Gaze on Alexa вчера на мероприятии Amazon’s Devices, в её разработке компании помогали специалисты по работе с людьми с ограниченными возможностями. Иными словами, компания сделала всё, чтобы таким людям можно было пользоваться планшетом максимально комфортно.

В момент запуска поддержки Eye Gaze on Alexa на планшете Fire Max 11 управление глазами будет доступно пользователям из сильно ограниченного списка стран: в США, Великобритании, Германии и Японии. Можно рассчитывать, что со временем этот список будет расширен.

Другой полезной опцией на устройствах Amazon станет приложение по переводу звонков с одного языка на другой. Звонки и видеозвонки будут сопровождаться субтитрами, что также оценят слабослышащие, а также аудиопереводом в реальном времени на выбранный язык. Поддержка режима Call Translation появится на устройствах Echo Show и в мобильном приложении Alexa. Она будет доступна в США, Великобритании, Канаде, Мексике, Германии, Франции, Испании и Италии на более чем 10 языках, включая английский, испанский, французский, немецкий и португальский.

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.

При планировании будущих поселений на Марсе необходимо учитывать множество факторов, главными из которых будут психологическая подготовка и психическая устойчивость людей. Также нужно понимать, как много колонистов необходимо для выживания далёкой базы, снабжение которой с Земли может оказаться нестабильным. Согласно предыдущим расчётам, для этого может потребоваться от 100 до 500 астронавтов, но новая работа говорит, что это число сильно завышено.

Источник изображения: Pixabay

На основе новых данных о поведении людей в длительных экспедициях, включая миссии на Международной космической станции, учёные из Университета Джорджа Мейсона (США) рассчитали минимальное количество астронавтов, необходимое для создания и поддержания колонии на Марсе. Научная статья по теме исследования пока не прошла рецензирование и находится на сайте arXiv. Однако свежие выводы учёных идут вразрез со всеми предыдущими исследованиями на эту тему.

Учёные считают, что для выживания колонии человечества на Марсе необходимо минимум 22 человека. Эта группа закроет все потребности базы в вопросах значительной автономии, включая добычу и переработку воды на Марсе в кислород для дыхания и водород для топлива. Психическая устойчивость астронавтов играет при этом главенствующую роль. «Невротики» быстро погибают, тогда как приятные в общении колонисты с эмпатией (с умением сопереживать и понимать чувства коллег) гарантируют выживание для небольшой горстки людей на негостеприимной Красной планете.

Большой вопрос, а нужны ли на Марсе людские поселения? На поверхности планеты высочайший уровень радиации, который загонит колонистов под «землю» — в норы, что не добавит психологической устойчивости в отношении поселенцев друг к другу.

Учёные запускали компьютерную симуляцию длительностью 28 виртуальных лет для групп колонистов от 10 до 170 человек. При всей совокупности заданных условий, а также с учётом комбинаций четырёх основных типов характеров людей, машина утверждает, что 22 человека вполне достаточно, чтобы колония на Марсе долго оставалась жизнеспособной.

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?

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.

Исследователи из Института Файнштейна американской медицинской сети Northwell Health впервые обеспечили двойной искусственный обход поражённой нервной системы пациента. Встроенные в головной мозг человека имплантаты вернули подвижность и чувствительность руки. Не обошлось и без помощи искусственного интеллекта.

Источник изображений: Matthew Libassi / Northwell Health’s Feinstein Institutes for Medical Research

При подготовке к операции хирурги с помощью фМРТ провели многочисленные оценки зон головного мозга пациента, чтобы с максимальной точностью определить место размещения имплантатов — чипов, распознающих активность головного мозга в его отдельных областях. Но даже после этого в процессе 15-часовой операции на открытом мозге они консультировались с пациентом для уточнения мест установки датчиков.

Два имплантата считывали «мысли» пациента о желании двигать рукой, а три других принимали сигналы от датчиков на руке и запястье. Фактически врачи запустили два обходных пути для нейросигналов, барьером на пути которых стала травма позвоночника (спинного мозга). Один шунт заставлял руку совершать движения через систему накладных электродов (на позвоночник и предплечье), а другой возвращал в мозг сигналы от датчиков тактильных ощущений. Дальше мозг справлялся сам — связывал одно и другое и выстраивал новые нейронные цепи в головном мозге таким образом, чтобы человек воспринимал движение руки и тактильный отзыв в едином пакете.

По словам хирургов, это первый в истории случай, когда спинной мозг обошли двумя маршрутами. Ранее проводились экспериментальные операции, когда шунт, минуя поражённый спинной мозг, передавал расшифрованные компьютерным алгоритмом желания двигаться в мышцы конечностей. Но обратной связи до сих пор никто не организовывал, чтобы тактильные ощущения возвращались в мозг в обход повреждённых нервных тканей.

Между тем, обратная связь может помочь в восстановлении функций мозга, отвечающих за движения конечностей и их чувствительность. Проще говоря, по мере обучения мозг может научиться обходиться без компьютерных алгоритмов и случай с этим конкретным пациентом Northwell Health это подтвердил. После двойной стимуляции 45-летний парень с парализованными руками и ногами смог частично вернуть чувствительность руки и в два раза увеличил силу её сжатия.

Миллионы пациентов с подобными травмами могут надеяться вернуть подвижность и чувствительность конечностей, что обеспечит им развитие подобных технологий.

Современные технологии не позволяют осуществлять высокоточное дистанционное считывание активности мозга человека. Самым действенным способом по-прежнему остаётся установка электродов на кожу головы или имплантация непосредственно в мозг. Возможно, с этим сможет помочь новый китайский датчик активности мозга, который очень просто устанавливается в ушной канал пациента.

Источник изображений: Nature Communications (2023)

Разработанное группой ученых из китайского Университета Цинхуа устройство получило название SpiralE. Это тонкая многослойная полоска длиной 50 мм и шириной 3 мм. Полоска состоит из двух слоёв полимера с памятью формы, слоя электротермической активации формы и слоя с сенсорами для снятия электроэнцефалограммы.

Для ввода в ушной проход пациента датчик скручивается в плотный жгут. Уже на месте на датчик воздействуют электромагнитным полем, которое вызывает нагрев в его активирующем слое и, как следствие, заставляет полимерные слои с памятью формы распрямляться. Этот процесс приводит к тому, что датчик плотно соприкасается с кожей, и это обеспечивает аккуратное снятие сигналов мозговой активности. При этом каждый раз датчик принимает индивидуальные формы слухового канала, что делает его универсальным. Наконец, он не загораживает слуховой проход и не снижает чувствительность слуха человека, и легко извлекается.

Лабораторные испытания показали, что датчик удобен для длительного ношения и определяет активность мозга с точностью до 95 %. Учёные рассчитывают, что подобный датчик найдёт применение в изучении качества сна пациентов (спать с современными наголовными датчиками то ещё удовольствие), при выявлении эпилепсии и даже для слежения за активностью водителей, о чём они рассказали в своей статье в журнале Nature Communications.

Учёные из Университета Монаша создали DishBrain — полубиологический компьютерный чип, в электроды которого интегрированы около 800 000 клеток мозга человека и мыши. Демонстрируя что-то вроде разума, он научился играть в Pong за пять минут. Исследование, проведённое в партнёрстве с мельбурнским стартапом Cortical Labs, получило грант в размере 407 000 долларов США от Австралийской национальной программы грантов на исследования в области разведки и безопасности.

Источник изображения: Pixabay

Массив микроэлектродов в основе DishBrain способен не только считывать активность в клетках мозга, но и стимулировать их электрическими сигналами, поэтому исследовательская группа создала версию Pong, в которой клетки полубиологического искусственного мозга получали информацию о перемещении мяча и могли воздействовать на ракетку, перемещая её влево и вправо.

Затем была разработана очень простая система стимуляции, использующая стремление небольших скоплений клеток мозга сводить к минимуму непредсказуемость окружающей их среды. Если ракетка отбивает мяч, клетки получают поощрение — предсказуемый стимул, а при промахе — четыре секунды непредсказуемого воздействия. Это первый случай, когда клетки мозга, выращенные в лаборатории, получили возможность не только ощущать мир, но и воздействовать на него, и результаты были впечатляющими.

Нейроны DishBrain, растущие на массиве электродов / Источник изображения: Cortical Labs

Такие чипы, объединяющие биологические вычисления с ИИ, «в будущем могут в конечном итоге превзойти по производительности существующее чисто кремниевое оборудование, — уверен руководитель проекта доцент Адил Рази (Adeel Razi). — Результаты таких исследований будут иметь серьёзные последствия в таких областях как планирование, робототехника, передовая автоматизация, интерфейсы мозг-машина и разработка лекарств».

Расширенные возможности DishBrain могут стать основой нового поколения машинного обучения, особенно когда оно будет воплощено в автономных транспортных средствах, дронах и роботах. По словам Рази, это может дать им «новый тип машинного интеллекта, способный учиться на протяжении всей своей жизни». Технология обещает машины, которые могут продолжать изучать новые способности без ущерба для старых, хорошо адаптируются к изменениям и могут использовать старые знания в новых ситуациях, оптимизируя использование вычислительной мощности, памяти и энергии.

DishBrain с клетками, выделенными с помощью флуоресцентных маркеров / Источник изображения: Cortical Labs

«Мы используем этот грант для разработки более совершенных моделей ИИ на основе обучающихся биологических нейронных сетей, — говорит Рази. — Это поможет расширить возможности оборудования и методов до такой степени, что они станут жизнеспособной заменой для классических вычислений».

Похоже, скоро мы узнаем, мечтают ли андроиды об электроовцах. И нам может не понравиться то, что мы узнаем.

Появление мобильных телефонов сопровождалось страхами о пагубном влиянии их излучения на здоровье. Слухи о том, что от мобильника «варятся мозги» оказались преувеличенными, но точку в вопросе безопасности мобильных телефонов никто так и не поставил. Новое многолетнее исследование показало, что опасность разговоров по мобильному телефону кроется не там, где искали раньше. Главной мишенью для радиоизлучения телефона оказалось сердце.

Источник изображения: Pixabay

Международная группа учёных во главе с профессорами из Южного медицинского университета (Гуанчжоу, Китай) за 12 лет изучила привычки и здоровье 212 046 взрослых в возрасте от 37 до 73 лет, опираясь на данные проекта UK Biobank. Все участники исследования обоих полов не имели гипертонии до начала сбора данных. Иными словами, все они были со здоровой сердечно-сосудистой системой. А потом зазвонил телефон…

Длительность разговора, его частоту, количество звонков в неделю и количество лет пользования мобильными или стационарными телефонами (гарнитурами или громкой связью) участники исследования освещали в опроснике. Пользователем мобильного телефона считался человек, кто хотя бы раз в неделю совершал по нему звонок или принимал вызов. Результат анализа заставляет задуматься. В авторитетном европейском журнале European Heart Journal - Digital Health учёные сообщили, что использование мобильного телефона более 30 минут в неделю увеличивает риск гипертонии в среднем на 12 %.

Именно полчаса в неделю или больше — это тот предел, который отделил людей, оставшихся по истечению 12 лет со здоровым сердцем, и заработавшими повышенное артериальное давление. Исследование учитывало генетическую предрасположенность, расу, пол, возраст и ряд других аспектов. Всё это было не важно. Разница в вероятности возникновения гипертонии была только в количестве минут разговоров в неделю — меньше 30 минут и больше этого времени. И чем больше минут разговоров, тем выше вероятность заполучить этот неприятный недуг, который, в свою очередь, повышает вероятность инсультов и инфарктов и, как следствие, смерти.

«Именно количество минут, проведенных за разговором по мобильному телефону, имеет значение для здоровья сердца, причем большее количество минут означает больший риск, — говорит автор исследования профессор Сяньхуэй Цинь (Xianhui Qin) из Южного медицинского университета (Гуанчжоу, Китай). — Годы пользования телефоном или использование системы hands-free не влияют на вероятность развития высокого кровяного давления. Для подтверждения полученных результатов необходимы дополнительные исследования».

Сегодня мобильным телефоном пользуется почти три четверти населения Земли в возрасте от 10 лет и старше. Почти 1,3 млрд взрослых в возрасте от 30 до 79 лет в мире испытывают повышенное артериальное давление (гипертонию). Результаты предыдущих исследований использования мобильных телефонов в связи с риском возникновения гипертонии были противоречивыми, возможно, потому, что они включали разговоры, передачу СМС, игры и т.д. Но в целом эффект воздействия высокочастотного радиосигнала на кровеносные сосуды известен и он заключается в кратковременном повышении артериального давления в момент совершения звонка.

Средний возраст участников исследования составил 54 года, 62 % из них — женщины. Мобильными телефонами пользовались 88 % из принявших участие в исследовании. За 12 лет наблюдения гипертония развилась у 13 984 (7 %) участников. Риск развития гипертонии у пользователей мобильных телефонов был на 7% выше, чем у тех, кто ими не пользовался. У тех, кто разговаривал по мобильному телефону 30 и более минут в неделю, вероятность развития гипертонии была на 12 % выше, чем у тех, кто тратил на телефонные разговоры менее 30 минут. Результаты были аналогичными для женщин и мужчин.

По сравнению с людьми, которые тратили менее 5 мин на разговоры в неделю, длительность звонков от 30 до 59 мин в неделю увеличивало риск появления гипертонии на 8 %, от 1 ч до 3 — повышало риск на 13 %, от 4 до 6 ч — повышало риск гипертонии на 16 %, и свыше 6 ч — увеличивало риск гипертонии на 25 %. При этом, сколько лет человек пользовался телефоном, было не важно. Это не влияло на риск развития гипертонии, как и не вело к её возникновению использование громкой связи.

Если человек был предрасположен к появлению гипертонии генетически или от образа жизни, то риск её появления возрастал до 33 %, если такой участник исследования говорил по мобильнику более 30 мин в неделю.

Профессор Цинь сказал: «Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что разговоры по мобильному телефону могут не влиять на риск развития высокого кровяного давления при условии, что еженедельное время разговора не превышает получаса. Для воспроизведения полученных результатов необходимо провести дополнительные исследования, но до тех пор для сохранения здоровья сердца разумно свести разговоры по мобильному телефону к минимуму».