Когнитивный диссонанс повышает нагрузку на позвоночник

Своевременный прием лекарств необходим в некоторых случаях, например, для подавления иммунитета после пересадки органа, лечения людей с туберкулезом и ВИЧ. Однако пациенты могут забыть принять препарат. Чтобы облегчить соблюдение расписания, ученые из Массачусетского технологического института придумали пилюлю, которая «сообщает» о том, что была проглочена.

Каждая пилюля содержит маленькую антенну из цинка, покрытую целлюлозой. Она компактно свернута и помещена внутрь пилюли вместе с лекарством. Сама капсула выполнена из желатина, покрытого целлюлозой и молибденом или вольфрамом, которые блокируют радиосигнал. После попадания в пищеварительный тракт покрытие растворяется, выпуская лекарство и антенну. Последняя получает сигнал из внешнего источника и с помощью небольшого чипа отсылает подтверждающий сигнал обратно. Обычно для этого требуется 10 минут.

Только чип не разлагается в пищеварительном тракте. Но его размер — 400 на 400 мкм, так что он выходит самостоятельно. Это коммерчески доступный компонент. Остальные компоненты распадаются в течение нескольких дней. В опытах на животных система успешно передавала сигнал из желудка на внешний приемник, который можно в будущем оформить как носимое устройство. Исследователи планируют в скором времени перейти к испытаниям на людях.

Бывает ли сложное социальное поведение обусловлено генетически? Авторы статьи в Nature Communications отвечают на этот вопрос утвердительно. Они выявили у медоносной пчелы (Apis mellifera) ген, который регулирует социальное поведение трутней и позволяет им просить пищу у рабочих пчел.

Трутни неспособны переваривать пыльцу, и чтобы получить необходимый белок, они вынуждены просить частично переваренную пищу у рабочих пчел. Исследуя генетику, лежащую в основе кооперативного поведения, ученые выявили транскрипционный фактор fruitless (fru), который специфично экспрессируется в нервной системе самцов. Нейроны, экспрессирующие fru, участвуют в обработке и интеграции сенсорной информации. 

Трофаллаксис, то есть обмен пищей, требует четкой последовательности социальных взаимодействий. Его инициирует трутень, который касается головы рабочей пчелы своими усиками и просит пищу. После этого он протягивает хоботок, чтобы рабочая пчела-кормилица дала ему обогащенный белками жидкий мед из своего медового зоба. Наблюдение за трутнями с мутацией, приводящей к потере функции fru, показало, что у них нарушалась правильная последовательность действий, кроме того, они реже приближались к рабочим пчелам за пищей. Таким образом, fruitless регулирует участие пчел в коллективном питании. 

На охраняемой природной территории Де Лука во Флориде комары питаются не менее чем 86 видами животных, таким образом, их кормовая база охватывает почти все местное биоразнообразие позвоночных. Авторы статьи в Scientific Reports подтверждают, что кровососущих насекомых можно использовать для получения ДНК диких животных с целью мониторинга их разнообразия и численности. Руководитель исследования Лоуренс Ривз из Университета Флориды говорит, что его вдохновил «Парк юрского периода», где завязкой сюжета стала экстракция ДНК динозавров из комаров в янтаре.

За восемь месяцев исследователи собрали в заповеднике десятки тысяч комаров и проанализировали методом ДНК-баркодинга 2051 образец крови на наличие геномов млекопитающих, птиц, рептилий и амфибий. Среди комариной добычи оказались койоты, выдры, гремучие змеи, белоголовые орланы, жабы, аллигаторы и даже черепахи гоферы. Из крупных млекопитающих, обитающих в заповеднике, не удалось получить только ДНК находящейся под угрозой исчезновения флоридской пумы.

Преимущество этого подхода в том, что можно обнаруживать широкое видовое разнообразие, исследуя один тип образцов. Однако чтобы определить в конкретной местности виды комаров, обилие и пищевые предпочтения которых наиболее соответствуют целям мониторинга, необходимы дополнительные исследования.

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.

Природные характеристики грибов делают их идеальными объектами для биоэлектроники. Ученые из Университета штата Огайо наглядно продемонстрировали это на примере съедобного гриба шиитаке, получив из него органический мемристор — резистор с эффектом памяти, который можно использовать для создания вычислительных устройств.

Нейроморфные вычисления, вдохновленные структурой мозга, перспективны с точки зрения параллельной обработки и хранения данных. Однако подходящие для них чипы на основе полупроводников дороги в производстве, а нейронные органоиды требуют сложного обслуживания биореакторов. В качестве альтернативы исследователи предложили использовать гриб шиитаке (Lentinula edodes). Адаптивная электрическая сигнализация в мицелии этого гриба напоминает нейронные импульсы, где реакция на новые стимулы зависит в том числе от прошлых состояний.

Ученые вырастили грибы шиитаке и сконструировали из них ячейку памяти, контролируемо подавая электрические импульсы с помощью подключенных к грибам электродов. Оказалось, что мицелиальная сеть может функционировать как оперативная память компьютера, сохраняя функциональность на частотах до 5,85 кГц. Точность переключения между состояниями составила около 90%, но снижалась с дальнейшим увеличением частоты. Однако авторы уточняют, что эту проблему можно решить, включив в электрическую схему больше грибов.

Исследователи приходят к выводу, что «грибные компьютеры» могут лечь в основу масштабируемых систем для нейроморфных вычислений, а устойчивость шиитаке к радиации делает его перспективным для применения в аэрокосмической отрасли.