Jan. 17th, 2014

Непревзойдённые эквилибристы

В лаборатории робототехники TEDGlobal, Raffaello D'Andrea демонстрирует своих летающих дронов: роботы, которые думают, как и спортсмены, решают физические задачи с помощью алгоритмов, которые помогают им учиться. В серии изящных опытов, D'Andrea показывает как квадрокоптеры, играючи ловят мячи, балансируют в движении с различными предметами, принимают совместные решения для взаимодействия с человеком.

Посмотрите, как заворожено слушают люди, как они хлопают человеческому уму, способному научить и неживые механизмы жить в реальном мире. Действительно, это чрезвычайно интересно, коль скоро ты понимаешь, ЧТО стоит за возможностями, которые демонстрируют дроны. Можете ли представить, кого у нас с таким же вниманием и уважением бы слушали люди? Трудно!

Эти малютки уже с нами; Скоро они смогут спасти нас.. или убить.

Четырехкрылый летающий "робот-медуза" создан в США (видео)

Американские инженеры создали четырехкрылый махолет, который может зависать в воздухе и оставаться в этом положении достаточно долго, но по своей конструкции больше похож на медузу, а не насекомое или птицу. Разработка описана в британском Journal of the Royal Society Interface.

Махолеты или орнитоптеры — летательные аппараты с машущими крыльями — люди пытались строить задолго до появления самолетов. Однако искусственно воспроизвести полет птиц или насекомых удавалось только на небольших моделях. Лейф Ристроф и Стивен Чилдлесс из университета Нью-Йорка отмечают, что одной из ключевых проблем при реализации машущего полета остается вопрос стабилизации и управляемости махолетов, особенно при попытках зависать на месте. Они попытались решить эту задачу, используя в качестве источника вдохновения манеру движения медузы.

Авторы создали аппарат с четырьмя крыльями, которые присоединялись сверху к бочкообразному корпусу. Эти крылья могли двигаться вверх и вниз и обеспечивать управляемость «медузы» без всяких дополнительных аэродинамических рулей и стабилизаторов. Аппарат мог даже зависать на месте, как колибри.

Хотя «медуза» весит примерно 2 грамма, эта разработка показывает возможность альтернатив подражанию птицам и насекомым, что может привести к появлению принципиально иных беспилотников.

Японский суперкомпьютер оказался в 2400 раз медленнее мозга человека

Fujitsu K Фото: Fujitsu.

Четвертый в мире по производительности суперкомпьютер Fujitsu K смоделировал «секунду работы человеческого мозга». Об этом сообщает Telegraph. На моделирование секунды у суперкомпьютера ушло 40 минут, то есть 2,4 тысячи секунд.

В рамках работы моделировалась нейронная сеть, состоящая из более чем 50 миллиардов нейронов.

Утверждается, что сложность системы сопоставима с «сотой долей сложности настоящего мозга». Насколько корректно работа нейронной сети передает работу этого органа, ученые не уточняют – точная схема связей нейронов в мозге неизвестна.

( Read more... )

Чудо-материал силицен кончает жизнь самоубийством

Полупроводниковая промышленность возлагала большие надежды на новый суперматериал силицен (у него много общего с известным «чудо-материалом» графеном). Но ученые из Университета Твенте (Нидерланды), заснявшие образование силицена «в прямом эфире», камня на камнене оставили от этих надежд: силицен оказался самым настоящим самоубийцей.

Новый материала впервые синтезировали в 2010 году. Как и графен, он состоит из однослойной пленки атомов, упорядоченных подобно сотам (только из атомов кремния, а не углерода).

Особые свойства обоих материалов (прочность, гибкость, отличная электропроводимость) и воодушевляли изготовителей полупроводников. Неумолимые потребности миниатюризации компьютерных микросхем говорят о том, что предел уменьшения деталей из кремния всё ближе и ближе.

Силицен же казался еще «круче» графена: полупроводниковая промышленность привыкла к кремнию, а, кроме того, в силицене проще организовать так называемую «запрещенную зону», необходимую для работы транзисторов.

Нидерландские ученые записали на видео процесс образования силицена: они дали испарённым атомам кремния осаждаться на серебряной поверхности – так сразу получилась прелестная одноатомная пленка. Вроде всё хорошо, но с определенного момента на сформировавшийся слой падают новые атомы, и начинается образование кристаллов кремния (кристаллическая структура принципиально отличается от сотовой). Так начинается кристаллизация вещества – необратимый процесс! И новообразованный кремний, так сказать, пожирает силицен.

Дело в том, что кристаллическая структура кремния с энергетической точки зрения более благоприятна, чем сотовая (силицена), и поэтому более стабильна. Ученым не удалось покрыть силиценом всю поверхность серебра (максимум 97%), и, главное, создать многослойную пленку. Иными словами,

как только поверхность практически до конца закрыта силиценом, материал «кончает жизнь самоубийством» и на его месте остается обычный кремний. Даже если поменять тип поверхности, иного результата ожидать не стоит, пишут ученые: воздействие субстрата на образование второго слоя силицена пренебрежимо мало.

Исследование представлено в журнале Applied Physics Letters. http://www.utwente.nl/en/newsevents/2014/1/38044/wonder-material-silicene-has-suicidal-tendencies

nauka21vek.ru

КА "Новые Горизонты" на всех парах мчится к карликовой планете Плутон.(видео)

Один из самых быстрых из когда-либо построенных космических аппаратов принадлежит Американскому Космическому Агентству NASA и называется "Новые Горизонты" (New Horizons). Это по сути автоматическая межпланетная станция запущенная в рамках программы "Новые рубежи" (New Frontiers) и предназначенная для изучения Плутона и его естественного спутника Харона. Запуск осуществлён 19 января 2006 года, с пролётом около Юпитера в 2007 году, с гравитационным манёвром, в поле его тяготения, и Плутона в 2015 году. Пролетев мимо Плутона, аппарат, возможно, изучит несколько объектов пояса Койпера. Полная миссия "Новых горизонтов" рассчитана на 15-17 лет.

"В следующем январе уже начнется отчет прибытия нашего космического аппарата к карликовой планете Плутон". До этого момента нам осталось меньше года" - сказал Алан Штерн (Alan Stern).

КА "Новые горизонты" покинул окрестности Земли с самой большой из всех космических аппаратов скоростью. В момент выключения двигателей она составила 16,21 км/с. Но при этом текущая скорость аппарата, 14,95 км/с,, что меньше, чем скорость "Вояджера-", которая составила - 17,055 км/с. Подобной скорости он добился за счет дополнительного гравитационного манёвра у Сатурна.

К своей цели, то есть к Плутону КА "Новые Горизонты" будет лететь, в общей сложности 7 лет, 11 месяцев, 27 дней. Ожидается, что в феврале 2015 года станция начнет наблюдать за Плутоном.

Масса аппарата — 478 кг, включая около 80 кг топлива. Размеры — 2,2×2,7×3,2 метра. Для запуска использовалась американская ракета-носитель «Атлас-5» в конфигурации «551», что было обусловлено необходимостью значительного ускорения аппарата и является наиболее тяжёлым вариантом этой ракеты из использованных на 2012 год.

На самом аппарате установлены следующие приборы:

ультрафиолетовый спектрометр Alice, который будет изучать состав атмосферы и структуру поверхности Плутона. Аналогичный прибор был подготовлен для АМС «Розетта» Европейского космического агентства;

обзорная фотокамера Ralph, работающая в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн;

камера LORRI (Long-Range Reconnaissance Imager) с разрешением в 5 микрорадиан для детальной съёмки и съёмки с большого расстояния, разработанная в APL;

измеритель параметров частиц солнечного ветра SWAP (Solar Wind Analyzer for Pluto). С его помощью планируется определить, есть ли у Плутона магнитосфера, а также установить скорость утечки его атмосферы;

спектрометр энергетических частиц EPSSI (Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) для поиска нейтральных атомов, покидающих атмосферу Плутона и превращающихся в заряженные частицы при взаимодействии с солнечным ветром;

детектор пыли SDC (Student Dust Counter) для измерения концентрации пылевых частиц в поясе Койпера. Прибор представляет собой веерообразное устройство радиусом 42 см и толщиной 3 мм из алюминиевого сотового материала, покрытого тонкой плёнкой, соединённое кабелем с блоком электроники;

радиоспектрометр REX (англ. Radio EXperiment), интегрированный с основной антенной зонда (с его помощью планируется исследовать структуру атмосферы Плутона, тепловые свойства его поверхности и измерять массу Плутона, Харона и ещё не выбранных объектов пояса Койпера).

Также в аппарате имеется система связи с Землёй, состоящая из передающих антенн и множества усилителей сигнала. Система связи имеет избыточную конструкцию — большинство ключевых устройств в системе связи продублировано, и в случае выхода из строя основных устройств их работу примут на себя запасные. Система позволит передавать данные на Землю со скоростью 38 кбит/с (4,75 кбайт/с) в районе Юпитера — скорость, сравнимая со скоростью устаревшего модема. По достижении Плутона аппарат сможет передавать данные со скоростью 768 бит/с (96 байт в секунду; 1 мегабайт будет передаваться примерно 3 часа). Это крайне маленькая скорость, но она позволит передать на Землю ценные научные данные и даже высококачественные фотографии.

Траектория полёта аппарата «Новые горизонты» (синяя линия)
после пролёта Плутона (жёлтая точка в красном квадрате)
относительно известных объектов в поясе Койпера (зелёные точки)
и других объектов

Осуществление полёта неоднократно откладывалось из-за недостатка финансирования, а также задержек с изготовлением плутониевого термоэлектрического генератора, использующего 11 килограммов изотопа плутония-238. Мощность во время пролёта Плутона — 174 Вт (предположительно), что гораздо меньше мощности РИТЭГ «Вояджеров» (470 Вт на старте, 290 Вт в 2006 году). Этим объясняется меньшая длительность миссии, которую планируется завершить в 2020-х годах, когда аппарат пройдёт 50—55 а. е.

Стоимость осуществления проекта оценивалась в 2006 году в 650 млн долларов, что приблизительно 2% или 1\50 часть зимних олимпийских игр в Сочи.

Ученые обнаружили нетипичную черную дыру

Астрономы обнаружили необычную черную дыру, которая вращается по орбите вокруг массивной, быстро вращающейся вокруг собственной оси звезды, позволяя предположить, что эта странная бинарная система может быть довольно типичной для галактики Млечный Путь.

Согласно докладу ученых, опубликованному 15 января в журнале Nature, огромная звезда MWC 656, которая относится к типу B(e)-, - небольших голубых звезд, - делит пространство с компаньоном – черной дырой звездной массы. Удивительно, что эта черная дыра не испускает рентген-излучения, - именно этим объясняется то, то объект до сих пор не был обнаружен.

"Важно отметить, что в нашей галактике известна только еще одна черная дыра с массивным звездным компаньоном - яркий источник рентген-лучей Cyg X-1", - заявляет автор исследования Хорхе Казарес (Jorge Casares) из Астрофизического института Канарских островов в Санта-Круз-де-Тенерифе (Испания).

Известно, что у многих B(e)- звезд, подобных MWC 656, есть компаньоны – чаще всего, небольшие и очень плотные останки сверхновых, - известные как нейтронные звезды. Однако никогда еще до сих пор не удавалось обнаружить черную дыру рядом с такой звездой.

MWC 656 находится на расстоянии около 8500 световых лет от Земли, ее масса – от 10 до 16 масс Солнца. Звезда вращается так быстро, на скорости около 1,08 млн километров в час, что огромное количество вещества выбрасывается с ее экватора, создавая диск вокруг звезды.

Используя два оптических телескопа обсерватории Roque de los Muchachos на Канарских островах, Казарес и его коллеги изучили эмиссию этого звездного диска. Так же ученые обнаружили оптические эмиссии, которые, как они решили, исходят от аккреционного диска газа и пыли, который поглощает близлежащая черная дыра.

Анализ этих линий эмиссии позволил предположить присутствие черной дыры с массой от 3,8 до 6,9 масс нашего Солнца.

Обычно черные дыры испускают высокоэнергичные рентген-лучи, когда вещества в аккреционном диске черной дыры по спирали спускается в нее, однако в системе MWC 656 этого не происходит. Возможно, все дело в том, что диск звезды вращается слишком быстро.

Открытие позволяет предположить, что система MWC 656, возможно, является лишь верхушкой айсберга. Возможно, таких спокойных черных дыр звездной массы может быть великое множество во Вселенной. Теперь, когда астрономы знают, что им нужно искать, они могут обнаружить другие такие же системы. Новое исследование так же может привести к тому, что астрономам придется пересмотреть некоторые гипотезы образования и эволюции систем черных дыр.

Гений видеомонтажа. )

Первая полимерная клетка с рабочими органеллами

Полимерная клетка с органеллами крупным планом.
(Фото: Radboud University Nijmegen)

Химики из Института молекул и материалов (Institute for Molecules and Materials) Университета Неймегена имени святого Радбода Утрехтского (Radboud University Nijmegen) впервые создали искусственную клетку, содержащую органеллы, способные осуществлять каскад химических реакций. Подробную информацию об этой разработке можно найти в статьях в журналах Angewandte Chemie и Nature Chemistry.

Воспроизвести в лаборатории химию живой клетки – труднейшая задача. В клетке – в небольшом переполненном молекулами контейнере – одновременно идет множество самых разных сложных реакций, в различных ее компартментах и при этом невероятно эффективно. Химики пытаются разными способами имитировать живую клетку и больше узнать о происхождении жизни и переходе от химии к биологии.

Ян ван Гест (Jan van Hest) и его аспирант Рууд Петерс (Ruud Peters) создали свои органеллы, заполнив мельчайшие сферы химическими веществами и поместив их в каплю воды, которую хитро покрыли полимерным слоем, имитирующим клеточную стенку. Используя флуоресценцию, они доказали, что запланированные реакции – целый каскад – действительно произошли. Таким образом, они стали первыми химиками, создавшими полимерную клетку с рабочими органеллами. В новой модели, как и в клетках нашего организма, после реакции в органеллах химические вещества могут проникать в клеточную плазму, чтобы вступить в реакции в других местах.

Слева направо: химические вещества помещаются в мельчайшие сферы (органеллы) и смешиваются с реагентами и ферментами.
Затем все эти компоненты заключаются в клетки с полимерной клеточной стенкой. (Фото: Radboud University Nijmegen)

Сегодня в химии создание имитирующих клетку структур очень популярно. Различными методами это делается, в том числе, и в Институте молекул и материалов. Например, профессор Вильгельм Гук (Wilhelm Huck) делает клетки от мельчайших капелек растворов очень похожих на цитоплазму, а группа ван Геста создает клетки с использованием полимеров.

Конкурирующие группы работают ближе к биологии, делая клетки, например, из жирных кислот. Следующим шагом будет создание моделей, производящих собственный источник энергии. Кроме того, ученые работают над способами контроля над перемещением химических веществ по клетке, в частности, к органеллам. Такие модели помогают лучше понять живые клетки.

Оригинальные статьи

Cascade Reactions in Multicompartmentalized Polymersomes

Nanoreactors: Catalysis in compartments

Наконец-то - эффективное средство отмывания грязных денег

У вас завелись грязные деньжата? Американские исследователи готовы очистить их от жира, микробов и машинного масла с помощью сверхкритической жидкости. Каждый год в мире режут в шредерах примерно 150,000 тонн поврежденных и чрезмерно засаленных банкнот. Когда купюры переходят из рук в руки, на них собирается кожное сало: от его реакций с кислородом купюры постепенно желтеют, что повышает их шансы быть отозванными центральными банками. Засаленность – основная причина вывода банкнот из оборота (60–80%).

Авторы статьи, опубликованной в журнале Industrial and Engineering Chemistry Research, утверждают, что

эффективная система очищения банкнот может существенно сократить государственные расходы (ежегодно на это тратится до десяти миллиардов долларов).

«Банкам приходится не только менять испорченные банкноты на новые, но и избавляться от десятков тысяч тонн бумажного мусора. Хотя в этих отходах не очень много токсичных веществ, ликвидация их не обходится без ущерба для окружающей среды», – пишут химик Набиль Лаванди (Nabil Lawandy) и физик Андрей Смук (Andrei Smuk), сотрудники фирмы Spectra Systems Corp, занимающейся аутентификацией банкнот.

Лаванди и Смук изобрели специальную моечную камеру, где сверхкритическая двуокись углерода «соскребает» жир с долларов, фунтов, рупий, рублей и юаней. Сверхкритические флюиды – это вещества, которые, благодаря манипуляциям над их температурой и давлением, сохраняют свойства одновременно жидкости и газа.

Если CO₂ нагреть до 60 градусов по Цельсию и поместить под давление 142 кг/см², он проникнет в поры хлопка и льна (из которых сделаны доллары), как газ, и растворит чужеродные примеси, как жидкость.

Дополнительным преимуществом сверхкритического СО₂ является его нетоксичность (по сравнению с большинством доступных на рынке растворителей). Он также используется для очищения высокоточных приборов и в некоторых химчистках. Авторы изобретения пишут, что

их моечная камера (где также применяется ультразвук – но вообще не используются механические силы!) успешно очистило банкноты от микробов и специально нанесенного масла (которому дали окислиться в лабораторных условиях).

Новый процесс не повреждает водяные знаки, нити, голограммы и светящиеся в ультрафиолете чернила (основные средства защиты купюр от подделок).

Наконец, банкноты можно загружать в камеру сразу пачками по сто штук (так называемые корешки).
nauka21vek.ru

Для эффективности не всегда нужен порядок

Более эффективные литий-ионные аккумуляторы, которые могут запасать большее количество энергии, могут быть получены за счет введения дополнительного беспорядка в их электроды – это наблюдение противоречит ранее высказывавшимся предположениям о способах увеличения их эффективности. Открытие того, что для получения электродов в аккумуляторах вовсе нет необходимости в получении высокоупорядоченных кристаллических структурах, может значительно увеличить число кандидатов для изготовления аккумуляторов нового типа.

Литий-ионные аккумуляторы могут запасать больше энергии на единицу массы по сравнению, например, с никель-кадмиевыми.

Это обстоятельство позволяет как уменьшать размер портативных электронных устройств, так и увеличивать время между перезарядками источников питания. Тем не менее, для ряда применений, требующих больших затрат энергии (например для того, чтобы электромобиль мог проехать на одной зарядке большее расстояние), требуется еще большая плотность энергии аккумулятора.

Рис. 1. Ранее предполагалось, что упорядоченные
материалы со слоистой структурой позволяют ионам
лития перемещаться быстрее, чем в разупорядоченных
материалах. (Рисунок из Science, 2014, DOI:
10.1126/science.1246432).

При разряде литий-ионного аккумулятора ионы лития перемещаются к катоду, в процессе зарядки они возвращаются к аноду. Таким образом, увеличение емкости аккумулятора, в том числе, требует и того, чтобы электроды могли более эффективно поглощать и высвобождать катионы лития.

Традиционно материал катода изготавливают из имеющих слоистое состояние оксидных материалов, в которых ионы лития и ионы переходных металлов располагаются в раздельных, четко сформированных плоскостях.

Предполагалось, что такая упорядоченность необходима для увеличения эффективности работы электрода, так как дефекты в слоях могут вызывать сжатие оксидных структур и затруднять как поглощение, так и испускание ионов лития.

Рис. 2. Разупорядоченные структуры также
позволяют ионам лития входить в электрод и
покидать материал электрода благодаря тонким
слоям ионов в структуре. (Рисунок из Science, 2014,
DOI: 10.1126/science.1246432).

Гербранд Седер (Gerbrand Ceder) с коллегами из Массачусетского Технологического Института и Национальной Лаборатории Брукхевен решили выяснить, будет ли являться хорошим катодным материалом Li_1.211Mo_0.467Cr_0.3O₂.

Этот материал отличается слоистым строением, однако через несколько циклов зарядка/разрядка некоторое количество катионов лития случайным образом меняются местами с ионами переходных металлов, что приводит к «катодному разупорядочиванию».

Теоретически, этот процесс должен был мешать ионам лития входить в структуру электрода и покидать ее, что, в свою очередь, должно было бы привести к прекращению работы катода, однако было обнаружено, что емкость материала и его энергетические характеристики оставались неизменными даже при его существенной деградации.

Для объяснения наблюдаемого явления исследователи решили провести моделирование электронной структуры. Было обнаружено, что

рандомизация положения катионов не ингибирует скорость диффузии ионов лития, как предполагалось до настоящего времени.

Вместо этого, если в материале присутствует достаточное количество лития, между центральной и внешней областью электрода формируются тонкие слои ионов лития, позволяющие литию попадать в электрод и исходить из него. Как отмечает Седер,

главным результатом работы можно считать не столько обнаружение нового катодного материала, сколько новое направление в поисках материалов для изготовления катодов.

Специалист по материаловедению Йи Куй (Yi Cui) из Стэнфорда отмечает, что

новая работа представляет собой хороший пример изучения материала, свойства которого не позволяли ожидать от него большого значения катодной емкости.

Он добавляет, что катод всегда являлся элементом, в наибольшей степени определяющим энергетическую плотность литий-ионных аккумуляторов, а результаты работы предлагают новое направление для поиска материалов, способных выступить в роли катода.

chemport.ru

HiSeqX Ten: полное исследование генома человека за 1 000 долларов

Генотерапия вступает в новую эру: американская компания Illumina создала комплексную установку, позволяющую радикально снизить стоимость процедуры расшифровки генома.

Компания Illumina представила революционную установку HiSeqX Ten, которая обещает сделать комплексное исследование генома человека по-настоящему массовым явлением. А это означает появление принципиально новых методов борьбы с тяжёлыми заболеваниями и бурное развитие персональной медицины.

Иллюстрация Ann Thomas / Corbis.

Американская Illumina была основана в 1998 году. Компания занимается разработкой и производством комплексных систем анализа генетического разнообразия и биологических функций. Установки Illumina, в частности, применяются для секвенирования, генетического анализа, экспрессии генов и белков, анализа однонуклеотидных полиморфизмов и пр.

Система HiSeqX Ten, по сути, представляет собой сложный секвенсор, состоящий из десяти установок. Работая в комплексе, они, как утверждается, позволяют в течение суток провести полное исследование пяти геномов человека. При этом заявленная стоимость процедуры будет составлять всего $1 000, что совсем не много для подобного анализа. Для сравнения: менее десяти лет назад за это пришлось бы отдать $250 тыс. или больше.

Массив секвенсоров HiSeqX Ten (здесь и ниже изображения производителя).

Понимание того, как определённые гены влияют на развитие заболеваний, позволит выработать более эффективные методы лечения. По сути, HiSeq X Ten открывает возможности для формирования обширной базы данных геномов.

Специалисты считают, что установки Illumina в течение нескольких следующих лет позволят получить такой же объём бесценной информации о генетике человеческих заболеваний, какой был накоплен за всю историю современной медицины. Персонализированный подход к лечению пациентов с тяжёлыми недугами значительно повысит шансы на выздоровление.

HiSeqX Ten в минимальной конфигурации из десяти секвенсоров стоит $10 млн. Таким образом, каждый аппарат оценён в $1 млн. Отмечается, что уже сделано три заказа на приобретение системы: покупателями выступили компания Macrogen, Институт Броада в Кембридже (Массачусетс, США) и Институт медицинских исследований Гарвана (Австралия).

В текущем году, по оценкам Illumina, будет реализовано ещё пять комплексов HiSeqX Ten.

Подготовлено по материалам Illumina.

Память можно отредактировать с помощью эпигенетического переключателя

Стимулируя ацетилирование гистонов, мы способны искусственно активировать гены, отвечающие за формирование и распад нервных цепочек в центрах памяти. Благодаря этому в памяти можно перезаписать любую, даже очень старую информацию.

При посттравматическом синдроме больного заставляют пережить травматическое воспоминание в безопасном окружении — чтобы он понял, что ему уже ничего не угрожает, и чтобы в итоге изгнал свой страх. Такая психотерапия помогает «затереть» неприятные воспоминания, сделать их не такими живыми, отодвинуть подальше в прошлое. Однако часто это не помогает — дурные воспоминания отчего-то не устаревают, заставляя человека снова и снова переживать прежний стресс. Обычно такое случается при застарелом посттравматическом синдроме, когда травма случилась много лет назад.

В таких случаях врачи, кроме психотерапии, используют ещё и лекарства, потому как давно известно, что ~~добрым словом и револьвером~~ психотерапевтическим внушением и медикаментом можно сделать гораздо больше, чем просто психотерапией. В качестве таких вспомогательных средств порой предлагаются довольно удивительные вещества вроде экстази. Смысл их применения сводится к одному: сделать память более податливой, уступчивой к внешнему воздействию.

Структурная единица хроматина — нити ДНК, обёрнутые вокруг шайбы из гистонов. (Рисунок pennstatenews.)

Считается, что переживание старых воспоминаний происходит так: в ответ на какой-то внешний стимул из мозгового архива поднимается некая информация (эмоциональная, сенсорная, любая), потом эта информация как-то участвует в текущем моменте жизни — крутится в кратковременной памяти, а после опять уходит в архив, то есть в долговременную память. И вот в моменты преобразования одной памяти в другую эта информация делается особенно пластичной, её можно скорректировать, усилить, ослабить и т. д. При лечении панических атак и посттравматического синдрома врач как раз и пытается актуализировать страшные воспоминания, чтобы как-то их модифицировать, пока они доступны для манипуляций.

Понятно, что лекарственные средства, которые предлагаются для коррекции памяти, должны влияют на структуру нейронных сетей. Но их эффективность может быть разной — с одними воспоминаниями они справляются, с другими нет. Исследователи из Массачусетского технологического института (США) сообщают в журнале Cell о на редкость мощном средстве, которое помогает отредактировать память, влияя на перестройки хроматина в нейронах.

Хроматин можно грубо описать как комплекс ДНК с белками-гистонами; от упаковки хроматина, от характера взаимодействия гистонов с ДНК зависит активность тех или иных генов. Преобразования хроматина можно сравнить с молекулярным архивированием-разархивированием генетической информации, и такие процессы считаются одним из важнейших способов эпигенетической регуляции активности генов. Ранее группа Ли-Хуэй Цзая (Li-Huei Tsai) показала, что формирование воспоминаний сопровождается активными перестройками хроматина — очевидно, при этом включались гены, необходимые для записи информации в нейронную цепь.

В своей следующей работе исследователи сосредоточились на тех превращениях хроматина, которые происходят при стирании воспоминаний. Эксперименты проводились с мышами: сначала животных приучали бояться клетки, где их слегка били током, а потом старались этот страх у них погасить, помещая мышей в ту же клетку, но уже безо всяких сопровождающих болезненных ощущений. То есть с мышами проводили что-то вроде антипосттравматической терапии.

Оказалось, что травматическую память у животных изгнать можно, если начать «лечение» не позже, чем через сутки после травмы. Если же мышь прожила с травматической памятью, скажем, 30 дней, то страх перед клеткой у неё так и останется. При этом, если травматические воспоминания были суточной давности, при их лечебном возобновлении в мозге мышей происходили интенсивные ДНК-белковые перестройки. Спустя несколько часов после повторного вселения в страшную клетку в нейронах усиливалось ацетилирование гистонов, связанных с генами памяти, а происходило всё это при подавлении белка HDAC2 (гистоновой деацетилазы). Ацетилирование гистонов делало ДНК, связанную с ними, более доступной для транскрипционных машин, и активность генов памяти «размягчала» эту самую память, делая ей более пластичной, чтобы её можно было отредактировать, внести в неё правки.

Надо ли говорить, что после 30 дней ничего подобного с хроматином не происходило, никакой повышенной ацетилазной активности не было? То есть окно для модификации памяти есть, но оно открывается, если память сформировалась недавно. Чем старше воспоминания, тем труднее с ними работать.

Отсюда логично напрашивается вывод, что нужно как-то искусственно простимулировать ацетилирования гистонов на генах памяти — и можно преобразовывать память любого срока давности. А сделать это можно помощью ингибитора деацетилазы HDAC2.

Такой ингибитор исследователи нашли и протестировали его на мышах. Как и ожидалось, гены памяти активировались, и это в частности привело к появлению новых соединений между нейронами в гиппокампе, одном из главных центров памяти в мозге. Следовательно, на мышей начинала действовать «психотерапия» — их память о пережитом электрошоке стиралась.

То есть, чтобы сделать старую память доступной для редактирования, нужно повернуть эпигенетический переключатель (не будем забывать, что такие модификации гистонов относятся как раз к эпигенетическим механизмам регуляции генов).

Понятно, что такое средство, если оно пройдёт клинические испытания, станет первейшим лекарством для тех, кто страдает от фобий, навязчивых тревог и, разумеется, от посттравматического синдрома. Однако ничто не мешает редактировать с помощью подобных препаратов абсолютно любую память, поэтому перспективы тут открываются совершенно фантастические. Любопытно, кстати говоря, что применение ингибиторов HDAC2 обсуждается уже давно — правда, до сих пор из них предлагали делать лишь противораковые препараты.

Подготовлено по материалам MIT News. Изображение на заставке принадлежит Leoncio Harmr.

Кирилл Стасевич

donmigel_62

Jan. 17th, 2014