Ученые разработали компьютерную модель, позволяющую перепрограммировать живые клетки

Группа ученых их Центра биомедицинских систем (Centre for Systems Biomedicine, LCSB) Люксембургского университета разработали математическую модель, с помощью которых можно рассчитать последовательность воздействий и химический состав используемых препаратов, с помощью которых можно инициировать эффективное превращение живых клеток определенного типа, к примеру, клеток кожного покрова, в клетки другого типа, даже в клетки нервных тканей.

Расчеты, произведенные с помощью новой математической модели, позволят вырастить любую ткань без необходимости использования крайне дорогостоящих технологий, вовлекающих использование стволовых клеток. Такая возможность играет чрезвычайно огромное значение для бурно развивающейся в последнее время области регенеративной медицины. Все клетки живых организмов происходят из эмбриональных стволовых клеток, которые являются основным строительным материалом. Делясь, эти стволовые клетки, дифференцируются все больше и больше, превращаясь, в конце концов, в клетки определенного вида тканей. И эти конечные клетки обретают стабильное и устойчивое состояние, к примеру, клетка кожи никогда спонтанно не превратится в клетку сердечной мышцы, в клетку крови или в нервную клетку, если ее специально не подтолкнуть к этому. Методы перепрограммирования живых клеток находятся еще в "младенческом" возрасте. Только в прошлом году Синья Яманака (Shinya Yamanaka) и Джон Бердон (John Burdon), исследователи в области стволовых клеток, получили Нобелевскую премию за разработку технологии дифференцированного преобразования соматических клеток назад в стволовые клетки. А первое успешное преобразование клеток кожи в нервные клетки было произведено в одной из лабораторий в 2010 году. Для того, чтобы инициировать преобразование типа живой клетки ученые-биологи используют "коктейли" со сложным химических молекулярным составом, некоторые вещества в котором отвечают за факторы роста, другие - за генетические преобразования в существующих клетках. Это позволяет ученым достаточно точно управлять генетической деятельностью конверсионного клеточного процесса. Однако, этот метод является самым тяжелым и длительным научным методом, методом проб и ошибок. Создав свою математическую модель, исследователи из LCSB заменили метод проб и ошибок компьютерными вычислениями. "Наша математическая модель основана на обширной базе данных, в которой собрана вся доступная информация о действиях отдельных генов и эффектах этих действий. Выбирая методы активации определенных генов, мы добиваемся активации превращения клеток определенного типа в клетки другого типа. При этом, конечные клетки обладают высокой жизнеспособностью и стабильностью" - рассказывает Айзек Креспо (Isaac Crespo), программист, принимавший участие в создании математической модели. Теперь, как говорится, дело осталось за малым. Ученым предстоит проверить экспериментально правильность работы математической модели, запустив в лаборатории процессы преобразования одних типов живых клеток в другие. После этого, и внесения коррекций в модель, ученые-биологи и медики получат в свое распоряжение мощнейший инструмент, способный вывести область регенеративной медицины на качественно новый уровень реализации.

Швейцарские ученые создали чип, имитирующий работу мозга в реальном времени

Исследователи из университета Цюриха (University of Zurich) и Швейцарского федерального Технологического института в Цюрихе (Swiss Federal Institute of Technology Zurich, ETH Zurich), вместе с их коллегами из Германии и Соединенных Штатов, создали новый тип чипа. На кристалле этого чипа содержится электронная схема, работа которой подобна работе головного мозга, которую он выполняет, обрабатывая в режиме реального времени поступающую извне информацию. Схема нового чипа не только работает как мозг, самый совершенный и самый эффективный компьютер на свете, она сопоставима с мозгом по скорости работы и по количеству потребляемой при работе энергии.

Точно так же, как и мозг, так называемый нейроморфный электронный чип способен оценивать поступающую ему информацию, обрабатывать ее и перестраивать принципы обработки в зависимости от вида и содержимого этой информации в масштабе реального времени. На кристалле нейроморфного чипа реализованы электронные аналоги нейронов. Используя все доступные искусственные нейроны исследователи построили разветвленные нейронные сети, которые для своей работы требую не только вычислительных способностей, но двух типов памяти, долговременной и краткосрочной. "Такой нейроморфный подход позволил нам дать чипу аналитические возможности и реализовать действительно интеллектуальные алгоритмы принятия решений, которые нельзя или чрезвычайно сложно получить, используя принципы линейной логики, на которых основываются все программы для микропроцессоров" - рассказал Джакомо Индивери (Giacomo Indiveri), профессор нейроинформатики из университета Цюриха. Конечно, по сложности и по возможностям новому чипу очень далеко до возможностей мозга самого примитивного млекопитающего. Но ученые и не ставили перед собой столь грандиозной задачи, их целью была разработка принципиально новых аппаратно-программных средств, предназначенных для решения достаточно простых задач, требующих немного интеллектуального подхода. Дальнейшее развитие подобных нейроморфных чипов в будущем станет основой умных роботов и автомобилей, которые смогут оценивать окружающую обстановку как человек, с легкостью прокладывая оптимальный маршрут движения и принимая правильные решения за доли секунды времени. Получив такие чипы, наши смартфоны и планшетные компьютеры смогут обрести некоторый интеллект и черты индивидуальности. А венцом применения нейроморфных чипов станут невероятно высокопроизводительные компьютеры, на которых можно будет возможно реализовать действительные системы искусственного интеллекта, и которые будут продолжать работать даже при выходе из строя некоторых компонентов этого компьютера, так, как мозг человека функционирует, теряя около миллиона нейронов каждый день.

Исследователи научились управлять крысами силой мысли

В ходе лабораторных экспериментов с крысами ученые Гарвардской медицинской школы создали прибор, с помощью которого смогли манипулировать движениями грызуна силой человеческой мысли. Чтобы провести эксперимент крысу усыпили под наркозом, а человек заставил ее только пошевелить хвостом, но и такой результат позволяет говорить о перспективности выбранного направления. Сам научный эксперимент исследователи провели следующим образом: на голову человеку и грызуну были надеты специальные датчики, позволяющие проводить наблюдения за показаниями обоих ЭЭГ. Дождавшись синхронизации показаний ЭЭГ, человек быстро сконцентрировал свое внимание на манипуляции грызуном. Произведенный импульс был отправлен на подключенные к животному датчики, что и заставило крысенка пошевелить хвостом. Специалисты считают, что можно было бы добиться и более сложных реакций от животного, если бы крысенок не был под наркозом. Но пока реализовать подобные замыслы, не погружая грызуна в состояние сна, не получается.

12 изобретений которые изменят наше будующее

летающая машина
летающая машина
Научно-популярный журнал «Popular Science» опубликовал любопытный список 12 изобретений, которые перевернут нашу жизнь уже к 2020 году. Честно говоря список во многом настолько странный, и в некоторых местах даже курьёзный, что сайт turupupu.ru решил его опубликовать. Самое интересное, что несмотря на землетрясение в Японии №1 большинство специалистов назвали создание автоматической станции на Луне, которую соорудят роботы, причем под силу это окажется почему-то только японцам. На второе место учитывая всевозрастающую роль Китая в мировой экономике и необходимость быстрого сообщения между Европой и Азией, эксперты поставили строительство высокоскоростной железной дороги Лондон — Пекин. Как-то не очень верится, что этот проект будет осуществлен всего за 9 лет, ведь дорога должна будет пройти через Россию, а здесь еще даже не начали строить высокоскоростную магистраль от Москвы до Санкт-Петербурга. Ещё два будущих изобретения касаются автомобилей. Установка автопилота в автомобиль уже не является сенсацией, такие машины уже существуют. Но эксперты считают, что к 2020 году автопилотами будут оснащены миллионы авто, а может быть, и весь парк машин в развитых странах. Не забыли они и идею летающих автомобилей, так хорошо изображенных в фильме «Пятый элемент». Специалисты предсказывают появление авиамобилей не в кино, а в реальной жизни. Интересно, что эксперты предрекают невероятную популярность космического туризма. Они считают, что уже через 9 лет путевки на орбиту вокруг Земли, на Луну и даже на астероиды будут доступны, по крайней мере, среднему классу. Кроме того, они считают, что будет организована доставка на Землю полезных ископаемых и ценных минералов с этих астероидов и с Луны, для чего и пригодится японская автоматическая станция. Разумеется, не обошли эксперты и модную тему замены углеводородного топлива биотопливом из растительного сырья — спирт из кукурузы, солярка из пальмового масла и т. д. Но эксперты уверены, что в массовом масштабе ничего подобного не произойдет. Самыми интересными предсказаниями следует считать идеи экспертов по поводу компьютеров. Они полагают, что появятся компьютеры со способностями не меньшими, чем у человеческого мозга, но всего за $1 тысячу. Компьютеры и прочие вспомогательные устройства будут снабжены сверхтонкими и гибкими мониторами, возможно даже, что для бытового использования в эти листочки будут встроены и микросхемы самого аппарата. Появится компьютер, который можно будет свернуть в трубочку. Вот в это верится. Но, ещё более фантастическими выглядят прогнозы экспертов в области искусственного интеллекта, который к 2020 году научится генерировать собственные идеи — правда, пока непонятно, какие такие идеи могут прийти в «голову» искусственному интеллекту. Вот встраивание в человеческий мозг некоего чипа, позволяющего силой мысли управлять телевизором, тем же компьютером и бытовой техникой, — это несомненно полезное изобретение, ожидаемое к концу десятилетия. Правда, то же непонятно, как много людей на это согласится. Будущим пассажирам сверхскоростного поезда Лондон — Пекин не потребуется изучать иероглифы. К 2020 году будет создан переносной голосовой переводчик с любого языка на любой же язык. Небольшая коробочка станет серьезным конкурентом и нашим школам с углубленным преподаванием иностранных языков. А кроме коробочки путешественник может взять с собой очки, у которых на внутренней поверхности стекол будет отражаться сигнал GPS и другие сведения о маршруте, например, расположение ближайшего кафе или кинотеатра.

Компьютер-композитор станет соперником Моцарта?

технологии
Франциско Вико демонстрирует, как работает компьютерная программа Iamus
В Испании создана компьютерная программа, способная самостоятельно создавать музыкальные произведения, пишет Сильвия Смит, Би-би-си. Звуки электронной музыки разносятся над технопарком Малаги, которая в Испании считается аналогом калифорнийской Силиконовой долины. "Мы научили компьютер писать партитуры, - говорит Густаво Диаз-Херез, пианист и программист. - И теперь мы можем с легкостью сочинять классическую музыку". Возглавляемая им группа программистов работает над проектом Iamus, названного так в честь Иама - героя греческой мифологии, который делал пророчества, слушая голоса птиц. Как рассказывает профессор Франциско Вико, мысль о создании компьютерной программы, способной самостоятельно писать музыку, родилась как побочный продукт исследований в области искусственного интеллекта. "Каждая композиция основана на музыкальной теме, которая становится все более сложной. Обычно люди легко узнают музыку, созданную компьютером. В данном случае это не так", - рассказывает Густаво Диаз-Херез. Создатели программы задают только начальные условия для творчества компьютера - например, продолжительность произведения и состав инструментов. За создание музыки отвечает алгоритм, в основе которого лежит моделирование биологических процессов. Подобно тому, как человеческие гены со временем мутируют, создавая множество генотипов, Iamus изменяет исходную мелодию, заставляя ее эволюционировать в компьютере. Полученные таким образом композиции исполнялись Лондонским симфоническим оркестром. Скрипач и руководитель оркестра Леннокс Маккензи говорит, что ранее музыканты никогда не исполняли такой музыки. "У этой музыки сложная структура. Такую мелодию невозможно насвистывать, - рассказывает Маккензи. - Она напоминает мне сочинения Эдгара Вареза или Фрэнка Заппы". Известный британский музыковед Питер Расселл сказал, что услышанная им музыка "артистична и прекрасна". И лишь потом узнал, кто ее автор. Плодовитее Моцарта Программа Iamus может сочинять музыку в разных жанрах, не только в классическом, и приспосабливать ее к инструментам, которые ей пока неизвестны. Как объясняет Густаво, в настоящее время компьютер использует темперированную гамму, в которой каждая октава состоит из 12 полутонов. "Но если мы задаем использование иных гармоний, например, индийских или арабских, которые основаны на большем числе тонов, программа Iamus создает произведения, которые вполне соответствуют этим культурам", - говорит программист. Такой компьютер может писать сложные музыкальные композиции, причем создавать их гораздо чаще, чем писали свои шедевры Бах, Гайдн или Моцарт вместе взятые. Пока что композиторы могут утешать себя тем, что для интерпретации созданных компьютером партитур требуется участие и талант человека. При этом проект Iamus вполне успешен и в коммерческом плане. Американская компания Melomics Media продает композиции, созданные программой, за небольшие деньги в интернете. В отличие от обычных мелодий, которые покупаются, как правило, в iTunes или Google Play, в данном случае вместе с музыкой продаются и авторские права. Творческий застой компьютеру не грозит. Его фантазия безгранична.

Модифицированные солдаты: планы Пентагона обретают реальные черты

Кто из нас не хотел бы стать сильнее, быстрее, выносливее, умнее? Разумеется, все хотят, причем лучше всего сделать это без изнурительных тренировок, которые часто показывают, что исходные данные не позволят воплотить мечту о собственном "суперменстве". Хорошо бы волшебную таблетку или укол, которые могли бы подкорректировать нашу физиологию, превратить рядового гражданина в хорошо мотивированного интеллектуального атлета… Так думают многие, но только Пентагон во всеуслышание решился объявить о попытках воплотить эти мечты в реальность. Зачем Прежде всего, американские военных хотят, чтобы солдаты стали выносливее и сильнее, а также лучше работали в команде. Тут все просто: чем сильнее и выносливее солдат, тем больше оружия и брони он несет и тем дольше остается боеспособным. Сегодня американские бойцы уже шатаются под весом экипировки в 50 кг, а военная промышленность продолжает снабжать их «погремушками», которые надо переносить на собственной спине. Работа в команде для солдат также крайне важна – группа разнохарактерных людей с разными физическими параметрами в бою живет не намного дольше, чем бойцы-одиночки. Физические данные человека можно резко улучшить, "разогнав" до предела митохондрии. Однако предельные режимы работы этих энергетических станций организма приводят к резкому повышению температуры и могут стать причиной смерти Сейчас для решения этих проблем существует тщательный отбор, но, нередко, те, кто особенно хотят в армию по физическим и психическим параметрам не подходят, а те, кто идеально подходят, в армию не хотят. Пентагон намеревается упростить задачу – с помощью генных технологий превратить людей «усредненного качества» в отличных бойцов со всеми «100%» в анкете. Ну и создать в рамках проекта «мелочи» вроде оружия, разрушающего ДНК или превращающего солдат противника в слабоумных хиляков. Как В средствах достижения цели Пентагон себя не ограничивает и для воздействия на саму природу человека предлагает ученым использовать широкий спектр химических, неврологических, генетических и поведенческих методик воздействия. Военные хотят, чтобы качества, на развитие которых сегодня уходят годы обучения, можно было привить за очень короткое время с помощью инъекции или целенаправленного электромагнитного воздействия на мозг. Несмотря на фантастичность этой идеи, быстрый прогресс в неврологии, фармакологии и генетике вскоре сможет сделать ее реальностью. Возможно, через 10-20 лет на Земле появится новый вид людей, специально модифицированный для войны. До недавнего времени идея направленной мутации солдат не вызывала у Пентагона особого энтузиазма. Однако, похоже, что за последние 10 лет точка зрения изменилась. Началось все в 2002 году, когда оборонное научное агентство DARPA запустило программу Metabolic Dominance. В рамках этого проекта должны были появиться первые воины-мутанты, в отличие от обычных людей, менее восприимчивые к стрессу, отсутствию сна, боли, потери крови, утомлению, лучше запоминающие информацию и быстро обучающиеся. Важно понимать, что военные не хотели ничего сверхъестественного, то есть, выходящего за рамки возможностей нашего вида. Речь шла в первую очередь о «замороженном» пике физического и интеллектуального развития формы, когда человек достигает максимума свих возможностей и остается в таком состоянии продолжительное время. Прогресс шел медленно, и в 2008 году программу свернули. Кому и какие подряды выдали военные осталось тайной, но кое-что о Metabolic Dominance все же известно. Прежде всего, в DARPA хотели решить проблему голода, сжигая жировые запасы в течение короткого времени. В основном «накачки» организма энергией планировали добиться «разгоном» митохондрий вплоть до физиологического предела. На время до 5 суток солдат с включенной предельной мощностью митохондрий смог бы чувствовать себя бодрым и сильным. Но ученые столкнулись с рядом сложно решаемых потенциальных проблем, например, к перегреву тела при повышенном метаболизме. Несмотря на официальное закрытие программы, в ее рамках было разработано несколько технологий, которые получили дальнейшее развитие. В частности, так называемая «сжатая еда» СМ. Этот солдатский рацион по размеру имеет всего треть от обычных пайков при той же питательной ценности. Имелись и другие перспективные направления, например, таблетки и пластыри, которые перестраивают метаболизм на сжигание жира. Этих запасов у упитанного американского солдата как раз должно хватить на неделю «таблеточного» голодания. После закрытия Metabolic Dominance, ряд особо ценных технологий «растащили» другие военные ведомства и спецслужбы. Уже в 2009 году программу фактически возродили, немного сузив список ее задач. Новая программа Пентагона была направлена на изучение феномена сплоченности, который помогает группе солдат продолжать борьбу, несмотря на голод, жажду, усталость, спутанность сознания и смерть товарищей. Благодаря этому феномену за всю историю человечества было одержано немало побед, но он все еще плохо изучен. Понятно, что принудительное введение людей в такое состояние является на поле боя неоспоримым преимуществом перед противником.Над этим проектом работает один из самых известных научных экспертов Пентагона, специалист в области микробиологии, иммунологии и исследований в области безопасности Эндрю Херр (Andrew Herr). Этот ученый участвовал практически во всех проектах по модификации солдат. Интересно, что он хорошо говорит по-русски и некоторое время жил в России и путешествовал по Центральной Азии. Эндрю Херр в течение двух лет исследовал феномен героической сплоченности, опрашивая ветеранов, действующих пехотинцев, моряков-подводников, летчиков и операторов БПЛА. В результате обнаружилось, что особое «героическое» состояние связано с изменение баланса нормального гормонального фона в момент стресса. У некоторых людей высокие уровни гормонов стресса не вызывают панику и ступор, а наоборот, служат стимулом к продолжению борьбы. Эти знания можно использовать для практических целей, прежде всего, для тестирования кандидатов для определенных родов войск. Также ведется разработка методов превращения обычного новобранца в потенциально несгибаемого героя. Появились комплексы физических упражнений и диеты, способные уменьшить негативную реакцию на стресс. Также разрабатываются и более действенные методики, в частности, активация усиленной выработки стресс-ингибирующего нейропептида Y. Это вещество присутствует в мозге, периферической нервной системы и является мощнейшим антистрессовым средством нашего организма. Нейропептид Y разблокирует нервные пути и позволяет миндалевидному телу (эмоциональной части мозга) использовать свой главный нейромедиатор - гамма-аминомасляную кислоту. Именно поэтому нейропептид Y считается очень перспективным для лечения таких расстройств как алкоголизм и анорексия. Более того, от генетически заложенного уровня нейропептида Y зависит будет ли человек оптимистом или, наоборот, – пессимистом. В боевых условиях введение нейропептида Y должно «вышибить» из головы бойца мысли о безысходности и непереносимом ужасе сложившейся ситуации. Кроме того, генная терапия, проведенная еще в «учебке», сделает из новобранца невероятного оптимиста, которого не проймешь плохими новостями. Еще один приятный побочный эффект введения неромедиатора Y– снижается тяга к алкоголю. Современная генная терапия позволяет с помощью вируса вызвать мышечную дистрофию. Переживший такую вирусную инфекцию, например модифицированного гриппа, попросту не сможет держать в руках оружие и передвигаться без костылей. На рисунке: нормальный бицепс (слева); бицепс с мышечной дистрофией (справа) Как всегда у медали есть и обратная сторона: большие дозы нейромедиатора Y вызывают негативные физиологические симптомы, в частности, повышенное кровяное давление, нарушается секреция воды и электролитов в кишечнике, растет вероятность развития почечной и сердечной недостаточности, инфаркта. В долгосрочной перспективе еще хуже: среди огромного списка осложнений, связанных с повышенным уровнем нейромедиатора Y, значатся слабоумие, половая дисфункция и ожирение – и это еще не самые тяжелые диагнозы. Тем не менее, кратковременное воздействие больших доз, особенно в условиях смертельной опасности, для военных могут быть приемлемым вариантом. Для боевого применения оптимальны не инъекции нейромедиатора, а генетическая модификация, которая усиливает его выработку сверх обычной нормы. Таким образом, солдат всегда сможет войти в нужное психофизическое состояние, вне зависимости от ситуации и наличия «дозы храбрости» в кармане. Можно констатировать, что на современном уровне знаний создать «суперменов» оказалось невозможным. Специалистам Пентагона удавалось лишь улучшить отдельные параметры организма, да и то в рамках возможного, то есть хорошо тренированный спортсмен покажет результаты не хуже. Дело в том, что в организме человека все процессы очень тесно взаимосвязаны, и пока трудно учесть все побочные эффекты вмешательства в метаболизм. Тем не менее, технологии кратковременного повышения психофизических способностей уже существуют и их применение в условиях смертельно опасности вполне оправданно. С другой стороны В области улучшения человеческого организма военная наука добилась пока гораздо меньшего успеха, чем в области разрушения. Это и не удивительно, хотя дело совсем не в кровожадности – просто пока генные манипуляции легче повреждают ДНК, чем встраивают нужные гены. В 2010 году в Бостоне на научной конференции по генной терапии обсуждалась тема лечения мышечной дистрофии. Один из докладчиков отметил, что созданная им технология заражения вирусом, меняющим ДНК, позволяет легко вызвать тяжелое поражение мышц у подопытных мышей. Это уже само по себе генное оружие, фактически искусственный мутагенный фактор, в данном случае делающий животных (или людей) слабыми и беспомощными. С помощью современной генной терапии также просто можно спровоцировать онкологическое заболевание, слепоту или шизофрению. Не исключено, что некоторые американские правительственные и частные организации собирают образцы ДНК по всему миру именно для оценки вероятности такого сценария. Так что новая мировая война по замыслу американских военных футуристов может начаться совсем не так, как кажется: мощный мутаген, попавший в воду или какой-либо продукт, превратит миллионы людей в слабоумных калек. Естественно, вину возьмет на себя доселе неизвестная террористическая группа или вездесущая Аль-Каида. Ну а мир, как всегда, спасут бравые американские солдаты, на этот раз подозрительно спокойные и даже не вспотевшие после месяца непрерывной «спасательной операции». Правда, некоторые американские эксперты понимают, что современными технологиями манипуляции ДНК могут воспользоваться не только США. Животных-мутантов сейчас делают повсеместно – в научных лабораториях многих стран, включая Россию, Китай, Индию, Японию и т.д. Изначально - это медицинские технологии, и особого секрета из них никогда не делали. Так что мы вполне можем находиться на пороге новой эры холодной войны с помощью методик, превращающих собственных граждан в умников-атлетов, в граждан противника – в дистрофичных идиотов. Михаил Левкевич
Flag Counter

Наши друзья

Христианский Мегапортал InVictory
Библия Онлайн

Новости CNL