Jan. 25th, 2014

Восстановление функциональности руки, потерявшей связь с мозгом

Преимущества управления протезами рук или экзоскелетными руками продолжают удивлять. Хотя человек, получивший серьезное повреждение шеи, не нуждается в таких устройствах, так как даже самая огромная рука, которую только можно себе представить, будет просто-напросто «торчать» из плеча, неспособная двигаться. Попытки управлять искусственной рукой могут казаться бесполезными для этих людей в случае, когда не может быть создан мостик, соединяющий всего лишь пару сантиметров рубцовой ткани в позвоночнике. Однако ученые из Западного резервного университета Кейза (шт. Огайо, США) сделали в этой области шаг вперед. Они совершенствуют корковый чип Braingate (разработанный Брауновским университетом (США)), который они объединяют со своей собственной платформой электростимуляции.

Уже давно известно, что электростимуляция может напрямую управлять мышцами. Проблема заключается в том, что это, четно говоря, неточная процедура, она может быть болезненной и даже может нанести повреждения.

Точное определение расположения при стимуляции нервов – намного лучший подход. Одна группа ученых из Западного резервного университета Кейза недавно показала замечательное устройство, которое называется манжетный электрод, который можно поместить на небольшой участок нерва.

Ученые использовали манжет, чтобы обеспечить интерфейс для передачи данных, собранных сенсорами на руках, в мозг, используя чувствительные нервы в руке. Вместе с электростимуляцией можно использовать манжетный электрод для стимуляции нервов, которые идут в другом направлении, т.е. к мышцам.

Сложность данной схемы заключается в том, что даже если двигательные нервы могут быть физически разъединены от чувствительных нервов и направлены к определенным мускулам, точную последовательность стимуляции, которая необходима для полноценного движения, очень трудно определить.

Чтобы решить эту задачу, другая группа из Западного резервного университета Кейза разработала детализированную симуляцию того, как различные мышцы работают вместе, чтобы управлять движениями руки и кисти.

Их модель состоит из 138 частей мышц, распределенных по 29 мышцам, которые, в свою очередь, функционируют в 11 суставах. Идея заключается в том, чтобы пациент наблюдал за изображением виртуальной руки, в то время как он посылает нейронные команды, которые собирает чип BrainGate, чтобы рука двигалась. В ходе настоящих клинических испытаний, чип BrainGate2 содержит массив из 96 электродов толщиной в волос, которые используются для стимуляции маленькой области двигательной зоны коры головного мозга.

Трюк заключается не в том, чтобы найти любую последовательность, которая заставляет руку двигаться из точки А в точку В, а найти последовательность, которая будет идентичной той, которую использует настоящая рука при движении.

Это важно, так как каждая мышца обладает не только ограниченным диапазоном сокращений, но и ограниченным диапазоном, где она может применить значительную силу и сгенерировать обратный сигнал об этих силах. Когда мышцы сокращаются они, очевидно, изменяют форму, однако менее очевидно то, что их форма в любой момент влияет на то, как другие мышцы используют суставы, которые они заставляют двигаться. Не менее важным является влияние противоположных мышц, которые контролируют встречные движения.

Небольшое количество движений, которые мы делаем, даже без применения силы, состоят из чистых сокращений активных мышц и чистого сдерживания противоположных мышц. Даже при простых движениях, например при жиме лежа, и бицепсы и трицепсы генерируют силу, попеременно в различных точках при подъеме, несмотря на то, что вес поднимается равномерно.

Если искусственные способы управления будет использоваться для живых людей, особенно для тех, которые были какое-то время без движения, необходимо быть очень осторожными при поднятии чего-либо тяжелого. Многие спортивные травмы, или травмы, полученные пожилыми людьми, являются результатами не того, что движения были сделаны резко, или что они поднимали что-то тяжелое, а потому что их нервная система недостаточно натренирована, для того чтобы она была в состоянии защищать мышцы.

Пока что ни одна модель не является идеальной для выполнения ежедневных задач.

Окончательный план представляет собой то, что пациент и управляющий алгоритм будут учиться вместе в тандеме, и обучающий экран не будет нужен совсем. С этой точки зрения, интерфейс, разработанный Западным резервным университетом Кейза наиболее подходящий.

http://www.extremetech.com/extreme/174697-restoring-the-function-of-arms-that-have-been-disconnected-from-the-brain

По оценкам ученых, водный период на Марсе длился очень долго.

Ученые-планетологи однозначно пришли к выводу о том, что ранее Красная Планета была обитаема или по крайней мере потенциально обитаемой, то есть условия на ее поверхности и в ее недрах были подходящими для зарождения и эволюции каких-либо жизненных форм.

Американский марсоход "Оппортьюнити", который недавно праздновал свой десятилетний юбилей на Марсе, помог ученым сделать вывод, что когда-то на поверхности Марса текла PH-нейтральная вода. Это было приблизительно 4 миллиарда лет тому назад. Об этом было сообщено сегодня представителями Американского Космического Агентства NASA.

Интересно то, что в разных марсианских областях марсоход "Оппортьюнити" находил следы потенциально обитаемых озер и подповерхностных водных систем, которые по оценкам ученых могут датироваться возрастом 3,7-4 миллиардов лет.

"Мы предполагаем, что такой благоприятно водный период на марсе царил довольно долго" - сказал Рэй Арвидсон (Ray Arvidson), главный исследователь миссии "Оппортьюнити".

http://www.space.com/24386-mars-could-support-life-opportunity-rover.html

Космический телескоп Chandra помог найти одну из самых мощных черных дыр

Используя Космическую рентгеновскую обсерваторию «Чандра» (Chandra X-ray Observatory) и множество других телескопов, астрономы сумели найти одну из самых мощных черных дыр из когда-либо обнаруженных – гравитационно-интенсивную область космоса, расположенную почти в четырех миллиардах световых лет от Земли и препятствующую формированию триллионов звезд.

Эта черная дыра, находящаяся в скоплении галактик RX J1532.9+3021 (или RX J1532), создала гигантские структуры в горячем газе, который его окружает, сообщили исследователи из американского космического агентства. Изображение, выпущенное НАСА, показывает собранные вместе рентгеновские данные телескопа Chandra, представленные фиолетовыми оттенками, и оптические данные, полученные от космического телескопа Хаббл (Hubble), где отображаются галактики желтым цветом.

RX J1532 очень яркая в рентгеновских лучах, что намекает на её массивность – на самом деле, исследователи полагают, что масса кластера примерно в квадрильон раз больше массы Солнца. В центре скопления большая эллиптическая галактика – что-то вроде дома для сверхмассивной черной дыры, но количество горячего газа в этой области озадачило исследователей.

«Горячий газ, светящийся в рентгеновских лучах, должен остыть, в то время как плотный газа в центре скопления должен остывать еще быстрее», сказали представители НАСА. «Давление в этот прохладном газе должно упасть, в результате чего газ расширится в сторону галактики, образуя триллионы звезд на этом пути. Тем не менее, астрономы не нашли доказательств взрыва звезд, образующихся в центре этого кластера».

Согласно изображениям, полученным от Chandra и Very Large Array (VLA), причина того, что большое количество звезд не формируются в этой группе – наличие двух больших полостей в горячем газе по обе стороны от центральной галактики, расположившихся на одной прямой с джетами. Наличие черной дыры между ними предполагает, что сверхзвуковые джеты, генерируемые этой самой черной дырой, «просверливают» горячий газ и толкают его в сторону, формируя эти полости.

«Ударные фронты, вызванные расширением полостей, и выделение энергии звуковых волн служат источником тепла, который не позволяет большей части газа охлаждаться и формировать новые звезды», сказали ученые из НАСА. «Каждая полость простилается примерно на 100 тысяч световых лет, что почти равно ширине галактики Млечный Путь. Мощность, необходимая для их создания, одна из крупнейших среди известных в скоплениях галактик».

В самом деле, требуется мощность, почти в 10 раз больше мощности, необходимой для формирования хорошо известных полостей в Персее, объяснили астрономы. В то время как вещество, падая в черную дыру, скорее всего генерирует энергию, необходимую для питания этих джетов, исследователи не обнаружили ни одного рентгеновского излучения из этого материала.

Это явление объяснимо, если черная дыра на самом деле ультрамассивная, а не сверхмассивная, – это означает, что она имеет массу примерно в 10 млрд. раз больше, чем наше Солнце. Этот тип черной дыры, вероятно, будет в состоянии создать мощные джеты без необходимости потреблять большое количество массы, что ограничивает излучение, возникающее при падении в нее материала.

Альтернативное объяснение этому – черная дыра всего в один миллиард раз больше, чем Солнце, но крутится так быстро, что это может привести к генерации более мощных джетов, чем у более медленно вращающихся – без дополнительного потребления материи. Не смотря на то, в обоих объяснениях, черная дыра чрезвычайно массивная.

http://www.redorbit.com/news/space/1113054204/extreme-black-hole-imaged-by-chandra-and-hubble-012414/

Первая геотермальная электростанция, использующая энергию магмы заработала в Исландии

Из альтернативных источников энергии использование геотермальной энергии пока обходится дороже, чем использование энергии солнца и ветра, но в ближайшем будущем ситуация может измениться.

Исландские специалисты совершили прорыв в области геотермальной энергетики. Новое предприятие в этой сфере работает на магме. ГеоЭС расположилась у подножия одного из крупнейших вулканов в стране

На сегодняшний день геотермальная энергетика является одним из самых перспективных ВИЭ. Все больше регионов начинают развивать эту отрасль. Большая активность в этом направлении наблюдается в Исландии. Небольшое государство уже успело прославиться весьма необычными решениями в области альтернативной энергетики.

В декабре прошлого года в новостях проходила информация об инициативе исландской компании, намеревавшейся начать производство возобновляемого топлива из вулканических выбросов. Похоже исландцы решили на всю использовать эти природные дары. Недавно в Исландии была запущена первая в мире геотермальная электростанция, работающая на магме. По словам специалистов, данное открытие поможет сделать энергию, добываемую таким способом, более дешевой, в следствии чего геотермальная энергетика сможет составить серьезную конкуренцию солнечной и ветряной отраслям.

У подножия вулкана Крафла, который сегодня является одним из самых больших зон вулканической активности в Исландии, была пробурена скважина, глубина которой достигает 2 100 метров. На такой глубине скважина попала в зону расплавленной породы — магмы. К слову, ранее что-то пододное в современной истории случалось единожды на Гавайях в 2005 году. Температура на дне скважины достигает 900 — 1000 градусов по Цельсию. Из скважины бьет столб перегретого пара, который можно использовать для производства чистой энергии.

Я уверен, что в будущем данное открытие сможет привести к революции в области повышения энергоэффективности высокотемпературных геотермальных районов по всему миру. По сути, исландская буровая установка создала первую в мире геотермальную систему, работающую на магме. Это поистине уникальная разработка, с помощью которой можно добывать тепло непосредственно из расплавленной породы, — Уилфред Элдерс, профессор геологии в Калифорнийском университете

Примечательно, что буровая установка IDDP-1, работающая в рамках международного исследовательского проекта Iceland Deep Drilling Project, добралась до природного источника еще несколько лет назад, однако все это время скважина была закрыта, и лишь совсем недавно уникальное месторождение заработало в полную мощь, позволяя вырабатывать чистую недорогую энергию.

http://iddp.is/

Визуалицаия траекторий полёта птиц

Денис Глинский, профессор школы дизайна Род-Айленда записал видео перемещений птиц в воздушном пространстве. Затем видео было подвергнуто компьютерной обработки. Результат этой обработки представлен ниже.

Удалось узнать, жив ли кот Шредингера

Исследование квантовых состояний с 27 измерениями всегда представляет собой долгий многоступенчатый процесс с использованием технологии квантовой томографии, которая очень схожа с процессом создания 3D образа из 2D изображений. Вместо этого ученым удалось провести исследование напрямую в рамках единственного эксперимента, не требующего последующей обработки данных. В новой работе они продемонстрировали непосредственный способ исследования квантового состояния, который связан с орбитальным угловым моментом.

Технология непосредственного исследования позволяет напрямую определить состояние квантовой системы.

Впервые она была разработана в 2011 году учеными из Национального исследовательского совета Канады, которые использовали технологию для определения положения и момента протонов. В прошлом году исследовательская группа из Рочестера и Оттавы под руководством Роберта Бойда (Robert Boyd) доказала, что метод непосредственного исследования может применяться для измерения поляризации света. Эта новая научная работ впервые описывает применение этого метода к исследованию дискретной системы с большим количеством измерений.

Кажется, что непосредственное исследование волновой функции исключено на основе принципа неопределенности, идея которого в том, что некоторые свойства квантовой системы можно точно установить только в том случае, если другие свойства остаются неизвестными.

Однако метод непосредственного измерения включает в себя «уловку», которая делает его применение возможным. Это важно, поскольку в том случае, если мы хотим создать безопасные квантовые системы связи, нам необходимы точные и эффективные методы оценки состояний с большим количеством измерений.

Метод непосредственного исследования состоит из двух типов исследований: «осторожное» исследование, за которым следует «интенсивное» исследование.

В квантовой механике измерение квантового состояния необратимо искажает его. Данный феномен известен как коллапс волновой функции.

«Уловка» заключается в том, что первое исследование является таким осторожным, что не искажает систему и не приводит к коллапсу волновой функции.

«Можно сравнить такое исследование с беглым взглядом в ящик Шредингера для того, чтобы узнать, жив ли кот внутри, не открывая при этом коробку, – говорит ведущий исследователь Мехул Малик (Mehul Malik), который на данный момент проводит исследование после защиты докторской степени в Университете Вены (Австрия) и который являлся доктором наук в составе группы Бойда при проведении исследований. – Осторожное исследование по существу является неточным исследованием, которое, по большому счету, не проясняет, жив кот или мертв. Вместе с тем, оно позволяет получить часть информации о здоровье кота и при многократном повторении может почти точно ответить на вопрос о его состоянии».

«Наша работа доказывает, что непосредственное исследование является потрясающей альтернативой квантовой томографии, – говорит Роберт Бойд профессор оптики и физики из Университета Рочестера (Великобритания). – С расширением области применения квантовой информации можно ожидать, что метод непосредственного исследования будет играть все более важную роль в ее получении».

Бойд добавил, что, несмотря на неопределенность относительно того, насколько эффективен метод непосредственного измерения по сравнению с квантовой томографией, отсутствие последующей обработки данных является важнейшим фактором в контексте ускорения процедуры непосредственного измерения.

Малик, в свою очередь объяснил, что значимость «осторожного» исследования в том, что оно не разрушает систему в отличие от других распространенных методов исследования квантового состояния, позволяя проводить последующий анализ – «интенсивные» исследования других переменных величин.

Последовательность осторожных и интенсивных исследований затем повторяется для множества идентичных квантовых систем до тех пор, пока волновая функция не будет измерена с достаточной точностью.

.Университет Рочестера

Стивен Хокинг сомневается в природе чёрных дыр

В своей новой работе известный физик заявляет о необходимости покончить с концепцией «горизонта событий», ключевым элементом в наших сегодняшних представлениях о чёрных дырах. Именно попав за его пределы, ничто, включая свет, не может покинуть чёрную дыру (ЧД), что в конечном счёте порождает все эти парадоксы вроде потери информации (чего, казалось бы, не может быть) и прочих «огненных стен».

Вместо него г-н Хокинг предлагает концепцию «кажущегося горизонта» — мягко-беззубую в физическом смысле замену устрашающего чёрнодырного железного занавеса, которым, по сути, был «горизонт событий». «Кажущийся горизонт» только временно удерживает материю-энергию в ЧД, а затем всё же отпускает их, хотя и в слегка подправленном виде.

Если наши представления о гравитации и квантовой механике хоть сколько-нибудь полны, то чёрная дыра, возможно, вовсе не точка «полного невозврата». (Иллюстрация Victor Habbick Visions / Spl / Getty.)

«В классической теории из чёрной дыры нет спасения, — объясняет г-н Хокинг, — [а вот квантовая теория] позволяет энергии и информации покинуть ЧД». Разумеется, поскольку качественного объединения квантовой теории с гравитацией не наблюдается, «правильная манера обращения» с этим вопросом, замечает физик, пока «остаётся неизвестной».

Итак, к сути. Вы уже знаете, что Ахмед Альмхеири (Ahmed Almheiri), Джо Полчински (Joe Polchinski) и ряд их коллег пару лет назад задались вопросом, что же на самом деле случится с объектом (не важно, частицей или человеком), если он провалится за горизонт событий ЧД.

Не будем вновь утомлять вас подробностями (а впрочем, если желаете, то вот), но общие итоги были несколько неожиданными: если учесть законы квантовой механики, определяющей поведение частиц на малых масштабах, то ситуация с традиционным сравнительно безопасным падением условного объекта за горизонт событий резко меняется. А именно: граница горизонта событий должна быть насыщена энергией до такой степени, что входящее тело будет уничтожено.

Всё это выглядело весьма тревожно. Получалось, что, соблюдая законы квантовой механики, ЧД одновременно плевать хотела на общую теорию относительности — то есть проявляла редкостное неуважение к прямым предкам. По ОТО, ситуация для падающего в ЧД и просто для плавающего в межгалактическом пространстве тела субъективно не должна различаться, и прохождение через горизонт событий в ОТО-стиле (по крайней мере для больших чёрных дыр) должно являть собой непримечательное для условного астронавта событие.

Как вы уже догадались, заставь мы в умственном эксперименте ЧД уважать Эйнштейна — и она немедленно грубо надругалась бы над квантовой механикой, вплоть до, например, подрыва принципа унитарности или даже возникновения квантовой запутанности одного объекта с парой других одновременно (и кто его знает, что тут хуже).

Стивен Хокинг считает, что есть третий путь. Давайте не будем трогать квантовую механику, да и ОТО уважим: просто предположим, что у ЧД нет горизонта событий, на котором будет уничтожен любой входящий объект. Квантовые эффекты, считает он, вызывают в окрестностях чёрной дыры столь мощные флуктуации, что такой резкой границы, поверхности, «после которой — всё», просто не существует.

Такое место он называет «кажущимся горизонтом», поверхностью, вдоль которой световые лучи, пытающиеся вырваться наружу из чёрной дыры, будут «подвешены»: они, словно кэрролловская Алиса, будут бегать со скоростью в 300 000 км/с по барабану, вращающемуся так быстро, что лучи, несмотря на сверхстремительность «бега», едва удержатся на месте. Ситуация выглядит идентичной обычному горизонту, но является временной, хотя длительность периода удержания материи кажущимся горизонтом г-н Хокинг не обозначает.

Горизонт же событий в строгом смысле этого слова, то есть место, из которого свет не сможет вырваться никогда, Стивен Хокинг исключает. Из этого, естественно, следуют вполне зубодробительные выводы. «Отсутствие горизонтов событий означает, что нет такой штуки, как чёрная дыра, — в смысле наличия таких режимов, когда свет не может вырваться из неё», — уверен учёный. В связи с этим он предлагает выдать ЧД новое определение — «метастабильные связанные состояния гравитационного поля».

Что тут хорошего? Ну, огненную стену мы всё-таки разрушили, что уже плюс. Опять же, как замечает физик, это пока единственное решение парадокса «огненной стены», которое совместимо с CPT-инвариантностью, фундаментальной симметрией физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию заряда, чётности и времени.

Но у этой медали «За победу над горизонтом событий» есть и другая сторона. Сами посудите: если кажущийся горизонт ЧД по каким-то причинам сократится до размера столь малого, что эффекты гравитации (макромир) и квантовой механики (микромир) будут работать одновременно, то и «кажущийся горизонт» исчезнет, а всё то, что ЧД за свою долгую жизнь проглотила, будет явлено миру. Нет, конечно, не совсем в первоначальном виде (в ряде случаев всё будет деформировано до полной неузнаваемости), но и такое представление скрытых миллиарды лет объектов кажется весьма странным событием.

Более того, если г-н Хокинг прав, то внутри ЧД может не быть никакой сингулярности. Опять же в этом есть свой плюс — благо сингулярность физически не слишком внятное явление. Попадающая же внутрь материя будет двигаться к центру ЧД, но никогда не дойдёт до него и не будет полностью уничтожена. Следовательно, и информация, содержащаяся в такой материи, не уничтожится, а лишь окажется искажена до такой степени, что после того, как появится в окружающем мире при помощи, скажем, излучения Хокинга, будет радикально отличаться от изначальной, и стороннему наблюдателю станет почти невозможно восстановить, что же некогда упало в ЧД.

Сам Стивен Хокинг сравнивает такую задачу с предсказанием погоды наперёд: в теории возможно, на практике же слишком сложно, чтобы сделать это сколько-нибудь точно более чем на несколько дней.

Впрочем, для нас — существ, продолжительность жизни которых в сравнении с возрастом ЧД исчезающе мала, — ситуация внешне почти не изменится: ожидать исчезновения кажущегося горизонта событий за время человеческой жизни не стоит. (Иллюстрация Shutterstock.)

Заметим, что Джо Полчински, один из авторов изначального парадокса «огненной стены», скептически настроен по отношению к идеям г-на Хокинга. Он не очень-то верит в саму возможность существования ЧД без «вечного» горизонта событий. А бывший студент автора новой теории Рафаэль Боуссо (Raphael Bousso) из Калифорнийского университета в Беркли (США) говорит, что нынешняя работа мэтра отражает степень неприятия научным сообществом самой идеи огненной стены: чтобы исключить возможность её существования, люди готовы на многое.

Правда, он считает, что решение Стивена Хокинга может стать лекарством похуже самой болезни (огненной стены). «Идея о том, что нет такой точки, из которой вы [гарантированно] не сможете покинуть чёрную дыру, в некоторых смыслах даже ещё более радикальна и проблематична, чем существование огненных стен», — считает г-н Боуссо.

С препринтом рассмотренной работы можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Nature News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock (1 и 2).

Армия США заменит часть живых солдат роботами

wildcat

Выступая 15 января на американском авиационном симпозиуме в Арлингтоне, штат Вирджиния, генерал Роберт Коун, глава Отдела по подготовке командного состава Армии США заявил, что в ближайшем будущем армия планирует заменить некоторых представителей личного состава на роботов.

Генерал выразил мнение о том, что американские военные силы должны быть трансформированы в «более компактную, смертельную, гибкую и готовую к немедленному развертыванию силу», способную решать те же проблемы, которые сейчас возложены на армию сегодняшнего дня.

Военные аналитики, основываясь на общих технико-экономических показателях, считают, что число солдат в бригадных тактических группах может быть сокращено с 4000 тысяч единиц до 3000 тысяч единиц. При этом 25-процентное снижение численности персонала можно в некоторых случаях компенсировать внедрением роботов и других автоматических платформ.

Решением этой задачи будет являться разработка автоматизированной наземной техники, способной как выполнять, так и давать приказы людям. Портал Defense News пишет, что такие роботы будут легкобронированными и обладать повышенной подвижностью. Все это позволит снизить общую стоимость содержания каждой отдельно взятой бригады.

«У меня есть четкое представление о том, какие именно задачи можно выполнять за счет роботизированных платформ, появись такая возможность в будущем», — поделился высокопоставленный военный, который также указал, что уже получил «четкую идею о возможности» пересмотра численности стандартного пехотного отделения, которое сейчас составляет 9 человек.

«За десятки лет различных военных операций Армия США существенно снизила свои возможности в мобильности, огневой мощи и способности к быстрому развертыванию», — прояснил генерал.

И большая часть из этих возможностей снизилась в угоду защищенности самой армии. Ей пришлось приспосабливаться к буквально партизанским тактикам и другим видам асимметричного ведения боя, чтобы иметь возможность проводить операции по всему земному шару.

К концу 2015 года общее число солдат американской армии будет снижено с 540 до 490 тысяч, а к 2019 году этот показатель снизится еще примерно на 70 тысяч. Коун говорит, что глубоким анализом этих вопросов в ближайшее время займется консультативная группа.

По мнению генерала, снижению численности солдат на 1000 единиц в каждой бригаде действительно могут поспособствовать возросшие технические возможности и недавние научные открытия. Развитие роботов происходит настолько быстрыми темпами, что в недалеком будущем на них действительно можно будет переложить часть задач, которые сейчас выполняются живыми людьми.

Как РНК нейронов управляет памятью

Матричная РНК, кодирующая необходимый для формирования синапсов белок, в нейронах обычно неактивна. Просыпается же она лишь тогда, когда на нервную клетку приходит импульс, и чем больше будет таких импульсов, тем дольше РНК проработает — и тем прочнее будет образовавшийся синапс.

На молекулярно-клеточном уровне формирование памяти сопровождается образованием синапсов и изменением в активности множества генов и белков, которые отвечают у нейронов за «синаптическую кухню». Нейробиологи давно пытаются выяснить, какие молекулярные процессы в этот момент происходят, однако в такого рода исследованиях неизбежно натыкаешься на ряд серьёзных проблем. То, что удаётся увидеть, это набор «стоп-кадров», соответствующих тому или иному этапу формирования памяти. Кроме того, нейронные цепочки очень чувствительны к внешнему воздействию, и любое вмешательство на молекулярно-клеточном уровне заставляет подозревать, что увиденный результат относится не столько к процессам памяти, сколько к последствиям экспериментального вмешательства.

В этом смысле работа специалистов Колледжа Альберта Эйнштейна (США) представляет собой большой шаг вперёд. Чтобы проследить за молекулярными изменениями в нейронах, Роберт Сингер (Robert Singer) и его коллеги пометили флюоресцентной меткой всю РНК бета-актина. Бета-актин — один из самых многочисленных белков в нейронах, и, как считается, он играет важную роль в процессах запоминания. Исследователи особо акцентируют то, что не вводили в нейроны никаких дополнительных генов и белков, кои могли бы нарушить нормальную работу нервных клеток. Что же до флюоресцентного довеска, то, как уверяют авторы работы, это никак не сказывалось на состоянии мышей, с которыми ставились опыты: животные были здоровы и нормально размножались.

Дендритные шипики на отростке гиппокампального нейрона мыши (фото TheJCB).

В ответ на стимул у нейронов, которые готовы образовать синапс, меняется структура дендритных шипиков — мембранных выростов, помогающих нейронам соединиться друг с другом. Считается, что форма шипиков зависит от работы бета-актина, и исследователям удалось увидеть, что так оно и есть.

Через 10–15 минут после стимуляции нейрона в гиппокампе в клетке появлялись новые молекулы бета-актиновой мРНК. Эти мРНК складывались в большие и маленькие частицы, которые потом отправлялись в ту область дендрита, где нужно было синтезировать бета-актин. Результаты наблюдений за РНК-частицами учёные описали в одной из двух статей в журнале Science; стоит особо подчеркнуть, что перемещения РНК-гранул исследователи наблюдали в реальном времени.

В другой же статье они попытались разобраться, как нейрон контролирует внутри себя синтез бета-актина. Структура нервной клетки довольно сложна, и потому тут должен работать какой-то механизм, включающий РНК бета-актина в нужном месте в нужное время. Оказалось, что, пока эта РНК находится в гранулах (а эти гранулы молекулы РНК образуют сразу, как только выходят из ядра в цитоплазму), она неактивна: белок на ней не синтезируется. Стоит заметить, что подобное маскирование РНК вообще широко распространено у клеток, это один из самых популярных способов управления белковым синтезом — архивация РНК в разнообразных надмолекулярных комплексах с белками.

Но как только на нейрон приходит импульс, эти гранулы распадаются, РНК из них высвобождается, и на ней начинается синтез белка. Тут, впрочем, возникает второй вопрос: как РНК узнаёт, когда ей надо остановиться? Ведь бета-актина нужно только определённое количество. Оказалось, как пишут исследователи во второй статье, бета-актиновая РНК остаётся активной в течение всего нескольких минут, после чего снова возвращается в гранулированное упакованное состояние.

То есть это свойство самой бета-актиновой РНК — быть неактивной и спать, свернувшись в гранулы. «Будит» её нервный импульс, после которого она недолгое время работает, а потом засыпает. Если импульсы станут приходить регулярно, то и РНК начнёт работать чаще — а значит, будет больше бета-актина — то есть синапс станет всё прочнее. Если же импульсов было раз-два и обчёлся, то такую информацию вряд ли стоит запоминать, и долговечный синапс под неё строить не нужно.

Впрочем, говоря о «врождённой» неактивности мРНК, мы должны понимать, что это её свойство тоже обуславливается какими-то механизмами, и, наверное, есть какие-то белки, которые по умолчанию поддерживают именно эту мРНК в пассивном состоянии. Поэтому было бы преждевременно говорить о том, что молекулярные механизмы синапсообразования расшифрованы до конца.

Подготовлено по материалам Колледжа Альберта Эйнштейна. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.
Кирилл Стасевич

Созданы крошечные биороботы, способные самостоятельно передвигаться в водной среде

Таинственный мир микроорганизмов, живущих в водной среде, недавно пополнился еще одним видом обитателей - синтетическими биороботами, способными к самостоятельному передвижению. Эти биороботы, разработанные группой исследователей из университета Иллинойса, возглавляемой профессором Тахером Сэйфом (Taher Saif), плавают при помощи движений своего длинного хвоста, подобно тому, как передвигаются сперматозоиды, и, благодаря этому, могут перемещаться не только в воде, но и в любой жидкости, имеющей достаточно высокое значение плотности и вязкости.

"В распоряжении микроорганизмов имеется целый свой мир, на который мы можем взглянуть только через микроскоп" - рассказывает профессор Тахер Сэйф, - "Теперь, благодаря нашим биороботам, мы не только можем наблюдать за этим микромиром, но и оказывать влияние на происходящие там события. И это является первым случаем в истории науки, когда специально спроектированная синтетическая система сможет выполнять набор определенных действий в мире микроорганизмов".

Структура биороботов является почти точной копией строения жгутиковых микроорганизмов, микроорганизмов, имеющих длинные "хвосты" за счет которых они передвигаются в жидкой окружающей среде. Создание биоробота начинается с изготовления частей его тела из гибкого полимерного материала. Тело и жгутик биоробота создаются по отдельности и затем скрепляются при помощи определенного не очень сложного метода.

Но самый главный фокус заключается в том, что затем в точке сочленения тела биоробота и его жгутика выращивается колония клеток ткани сердечной мышцы. По мере роста эти клетки самовыравниваются, синхронизируются и при достижении этой "колонией" определенной величины они начинают самопроизвольно сокращаться. Сокращение этих клеток приводит к изгибанию тонкого жгутика, который начинает совершать поступательные движения, которые толкают вперед всего биоробота. Максимальная скорость, которую может развить такой биоробот в воде, составляет 81 микрон в секунду.

Исследовательская группа также создала "двухсторонних" биороботов, на жгутиках которых выращены две колонии клеток сердечной мышцы с разных сторон и на определенном расстоянии друг от друга. Мощность такого "биодвигателя" существенно больше мощности одной колонии клеток, что позволяет биороботу передвигаться с более высокой скоростью. Также исследователи работают в направлении создания биороботов, имеющих несколько жгутиков, и если будут найдены способы управления движениями отдельно взятых жгутиков, то такие биороботы смогут не только двигаться в одном направлении, но и совершать сложные маневры, что обеспечит им широкую область применения в медицине, биомедицине и в экологическом контроле.

http://www.tgdaily.com/general-sciences-features/85991-tiny-swimming-bio-bots-boldly-go-where-no-bot-has-swum-before

Оригинал взят у

vadim_proskurin в Visual Science

Есть в Москве компания Visual Science, которая рисует красивые изображения и трехмерные модели всяких научных объектов. В конце 2010 года они прославились моделью ВИЧ, попавшей на обложку специального выпуска журнала Nature. А теперь у них на сайте целая куча красивых картинок.

В этом посте все картинки кликабельны, ссылки ведут на трехмерные модели либо картинки большего размера.

( Еще три старые работы )

Вирус гриппа:

Утверждается, что на всех картинках и моделях объекты воссозданы с точностью чуть ли не до атома. Только цвета везде, разумеется, неестественные.

Специалисты из Facebook подсчитали, что скоро в Принстонском университете не останется студентов

Михаил Карпов

Недавно специалисты из Принстонского университета опубликовали исследование, согласно которому Facebook потеряет 80% своих пользователей к 2017 году (согласно научной модели). Учёных процитировали многие издания, и все бы об этом тексте скоро забыли, но специалисты Facebook не остались в долгу: аналитики компании подсчитали, что к 2021 году в Принстонском университете не останется ни одного студента.

Специалисты социальной сети изучили тенденции поступления в это учебное заведение с помощью Google Trends, и это позволило установить, что к 2018 году число учащихся в университете снизится вдвое, а к 2021 году их вообще не будет.

«Основываясь на здравом научном анализе, который мы провели, будущие поколения смогут лишь гадать о том, каково было учиться в этом заведении», — так завершается публикация Facebook за авторством учёных Майка Деделина, Лады Адамик и Шона Тейлора. Конечно, соцсеть могла бы просто заявить о том, что исследование принстонских специалистов никуда не годится, но кто бы стал её слушать? Намного лучше высмеять своих оппонентов.

donmigel_62

Jan. 25th, 2014