Из гриба шиитаке сконструировали оперативную память для вычислительной системы

Нейроморфные вычисления, сочетающие компактность с производительностью, считаются перспективными для создания искусственного интеллекта. Однако из-за отличий в работе полупроводниковых схем и биологических нейронов их сложно реализовать. В Nature Electronics описан искусственный нейрон с импульсным режимом работы, который обладает шестью ключевыми характеристиками живого нейрона. 

Искусственный нейрон, сконструированный учеными, состоит из одного диффузионного мемристора, одного транзистора и одного резистора. Он, как и биологические нейроны, обладает порогом срабатывания (аналогично порогу возбудимости нейрона), периодом рефрактерности и стохастичностью. Кроме того, он характеризуется внутренней пластичностью и некоторой утечкой. Наконец, искусственные нейроны можно соединять каскадно. 

Чтобы продемонстрировать возможности созданного нейрона, авторы смоделировали рекуррентную импульсную нейронную сеть и подтвердили, что ключевые характеристики влияют на производительность системы. Энергопотребление на один импульс измерялось пикоджоулями (10^–12), и авторы утверждают, что при дальнейшем масштабировании оно может достигнуть порядка аттоджоулей (10^–18). Исследователи заключают, что их разработка достаточно приближена к биологическому нейрону, чтобы обеспечить нейроморфные вычисления.

Одинаково ли люди воспринимают цвета? Этим вопросом много лет задаются как философы, так и нейробиологи. Авторы статьи в Journal of Neuroscience исследовали его экспериментально — они оценили репрезентацию цвета в мозге человека и показали, что восприятие цвета и его обработка одинаковы у разных людей.

Ученые пригласили для исследования 15 добровольцев, измеряя активность их мозга в ответ на цветовые стимулы с помощью функциональной МРТ (фМРТ). Собрав данные, нейробиологи обучили линейный классификатор предсказывать цвет, который сейчас видит человек, по активности его мозга. Чтобы избежать ошибки, они не включали в обучающую выборку данные конкретного испытуемого — предсказание опиралось исключительно на активность мозга других добровольцев и общие черты между пространственным кодированием в их мозге и мозге тестируемого участника. Оказалось, что реакции мозга разных людей на цвета довольно универсальны — классификатор успешно предсказывал цвет и яркость стимула, предъявленного наблюдателю. Ключевыми участками, данные об активности которых позволяли предсказать реакцию на стимул, были области зрительной коры V1-V3, hV4 и LO1.

Один из авторов работы признает, что это открытие — предрасположенность некоторых клеток мозга к реакции на определенный цвет — удивило его, поскольку оно не совсем вписывается в устоявшуюся теорию зрительного восприятия цвета.

Ученые не исключают, что один и тот же оттенок все еще может по-разному восприниматься субъективно, однако активность мозга в ответ на него неожиданно консервативна. Проверьте, какой оттенок бирюзового все еще голубой для вас.

Существующие методы сохранения донорского сердца для трансплантации не лишены недостатков, и авторы статьи в NEJM разработали альтернативный подход — он основан на промывании донорского сердца холодным консервирующим раствором с высоким содержанием кислорода.

В настоящее время применяется два подхода к сохранению донорских сердец — один из них известен как нормотермическая региональная перфузия. Он предполагает реанимацию сердца в теле умершего донора и разрешен не во всех странах по этическим соображениям. Другой — перфузия ex vivo — обеспечивает менее физиологичную реанимацию сердца и довольно дорог.

Исследователи из США предложили способ избежать этих недостатков. По их протоколу, после смерти донора аорту пережимают и создают контур для длительной контролируемой промывки сердца. Ее проводят холодным ультраоксигенированным раствором при среднем давлении в корне аорты 80 мм рт. ст. Методику уже использовали в трех трансплантациях сердца. Во всех случаях сердца были успешно пересажены и сохранили нормальные функции обоих желудочков. Побочных явлений в периоперационном периоде зарегистрировано не было, у реципиентов не наблюдалось признаков острого отторжения. Авторы надеются, что их метод найдет широкое применение в трансплантологии.

Летучие мыши-вампиры — одни из основных переносчиков бешенства в Центральной и Южной Америке. Для борьбы с этой угрозой их пытались отстреливать или уничтожать ядовитыми гелями-вампирицидами, но это малоэффективно и вредит другим видам летучих мышей. Вакцинация диких вампиров от бешенства — перспективный подход, но для его успеха нужны методы распространения вакцины по всей колонии. Ученые из США воспользовались для этого коллективным грумингом летучих мышей.

Ученые использовали тот же подход, что предлагался для вампирицидов — их в виде геля наносили на шерсть нескольким животным. Во время аллогруминга — вычесывания шерсти другим обитателям колонии — летучие мыши слижут препарат с обработанных сородичей и получат дозу вакцины. Это предположение авторы проверили на колонии летучих мышей-вампиров в сельской местности Мексики.

Исследователи изготовили гель из карбоксиметилцеллюлозы и обработали им около 20% летучих мышей. Распространение препарата по колонии оценивали с помощью флуоресцентного биомаркера родамина B — оказалось, что его получили более 85% животных. Также ученые разработали кандидатную вакцину на основе покcвируса енота и подтвердили ее стабильность in vitro в широком диапазоне условий. Математическое моделирование показало, что такая стратегия может предотвратить распространение бешенства дикими летучими мышами.

Долгое время считалось, что эпителиальные клетки неспособны общаться электрическими импульсами, однако двое ученых из Университета Массачусетса в Амхерсте доказали обратное. Они обнаружили, что клетки эпителия в культуре реагируют на точечные повреждения неким аналогом потенциала действия.

Исследователи выращивали эпителиальные клетки на чипе с микроэлектродами. На небольшом участке монослоя кратковременно фокусировали лазерный луч, чтобы повредить клетки, но не задеть металлический электрод, и измеряли электрические потенциалы на разном расстоянии от места повреждения. В результате ученые зарегистрировали изменения внеклеточного потенциала, которые сохранялись минимум 5 часов после повреждения (более длительные измерения, как пишут авторы, были невозможны по техническим причинам). Формой и амплитудой эти колебания потенциала напоминали пики электрической активности нейронов, но были более продолжительными — от 1 до 2 секунд. Выявленная активность прекращалась при обработке клеток ЭДТА или при ингибировании механочувствительных ионных каналов, что указывает на ключевую роль ионов кальция в таком обмене сигналами.

Авторы статьи убеждены, что их открытие может послужить для регенеративной медицины и разработки биосовместимых имплантатов. «Из этого могут вырасти носимые датчики, имплантируемые устройства и ускоренное заживление ран», — комментирует профессор Стив Граник с факультета наук о полимерах и инженерии. «Понимание этих криков, которыми обмениваются поврежденные клетки, открывает двери, о существовании которых мы даже не подозревали», — добавляет его коллега доктор Сун-Мин Ю.