Искусственные соединения: Ошибка 403

Искусственные соединения: Ошибка 403 — доступ запрещён

alexxlab | 11.05.2023 | 0 | Разное

Содержание

«Искусственные деревья» сделают воздух в городах чище

Ученые Южно-Уральского государственного университета создали и запатентовали новую модель «искусственного дерева». Изобретение представляет собой специальную всесезонную установку для удаления вредных газов и аэрозолей из воздуха при помощи растений и естественных процессов, которые в них проходят. Его можно использовать для очистки атмосферного воздуха от опасных загрязнений, что будет способствовать улучшению экологической обстановки в промышленных городах нашей страны.

Революция в экологии

Научные сотрудники кафедры «Экология и химическая технология» Южно-Уральского государственного университета под руководством кандидата химических наук, доцента Татьяны Крупновой запатентовали полезную модель так называемого «искусственного дерева».

Живые деревья и их листья очищают воздух, снижая концентрации таких токсичных газов, как приземный озон, диоксид серы, оксиды азота. Деревья задерживают на своей поверхности взвешенные частицы c диаметром менее 10 и 2. 5 мкм.

«Искусственные деревья» могут быть в сотни раз эффективнее живых деревьев. Такие устройства способны очищать воздух от нежелательных химических соединений, используя принцип фиторемедиации. Фиторемедиация представляет собой комплекс методов очистки атмосферного воздуха с использованием растений. Идея состоит в том, что очистка воздуха происходит благодаря помещенным в специальное сооружение растениям, которые не только перерабатывают углекислый газ в кислород, но и поглощают другие токсичные соединения, в том числе опасные мелкодисперсные аэрозоли. Мы предлагаем использовать для очистки воздуха мхи и специальные сорбционные материалы
», – поясняет руководитель исследования Татьяна Крупнова.

В некоторых странах такие решения для городов уже используются. Например, одна из технологий очистки воздуха основана на принципе биомимикрии и использует естественную способность водорослей к адсорбции, биотрансформации и детоксикации загрязняющих веществ. Отработанные микроводоросли могут применяться как сырье для производства биогаза и биотоплива. Таким образом реализуются принципы круговой биоэкономики. Важно и то, что «искусственные деревья» очищают воздух именно на уровне человеческого роста, а не 3-5 этажа, как живые деревья. Их часто используют там, где уровень загазованности очень высок, на перекрестках или вдоль дорог, а также в местах, где посадить настоящие деревья не представляется возможным в силу существующей плотной городской застройки.

Кроме того, «искусственные деревья» могут быть как стационарными, так и мобильными. Это огромный плюс для городской инфраструктуры, у города появятся передвижные сооружения очистки воздуха, что может повысить его качество в больших городах именно там, где это нужно.

Серьезным недостатком многих существующих устройств является сезонность растений, которые не смогут выдержать понижения температуры, особенно это важно в условиях суровых зим Южного Урала.

Чистый воздух круглый год

Ученые из Южно-Уральского государственного университета предложили всесезонную модель устройства, которая будет выполнять свои функции вне зависимости от перепадов температур.

«”Искусственное дерево” представляет собой полностью автономное устройство, оно состоит из корпуса с закрепленными на нем сменными панелями, наполненными фильтрующими субстратами в виде растений или сорбента. Там же предусмотрена система полива и система вентиляции. Корпус закрывается крышкой, которая собирает дождевую воду, крышка соединена с системой полива. Корпус по всему периметру снаружи имеет защитное ограждение из ударопрочного светопроницаемого материала со встроенными светодиодными лампами. На верхней части корпуса установлены элементы солнечных батарей, соединенные с накопителем энергии. Внутри конструкции стоит вытяжной вентилятор для создания тока воздуха снаружи сквозь пластины со мхом для увеличения объёма фильтруемого воздуха
», – говорит кандидат химических наук Ольга Ракова.

В условиях сурового климата можно использовать панели со мхом в теплое время года. Мох будет потреблять и перерабатывать различные токсичные газы, очищая воздух, а сооружение – обеспечивать растению комфортные условия для роста, освещенность и полив дождевой водой.

В холодное время года вместо мха ученые предложили использовать фильтрующий сорбент, способный очищать воздух от вредных примесей. Это решение позволит «искусственному дереву» эффективно функционировать круглый год.

Мох или сорбент, в зависимости от времени года, загруженный в съёмные панели, производит очистку воздуха не только от газообразных загрязнителей воздуха, но и от мелкодисперсных взвешенных веществ. Такие частицы проникают сквозь биологические барьеры и представляют наибольшую опасность для людей и животных.

Наличие искусственного светодиодного освещения на антивандальных панелях может выполнять функцию декоративного уличного освещения. Стоит отметить, что лампы работают от солнечных батарей за счет собранной за день энергии. Эти же батареи обеспечивают надёжность и непрерывность работы всего сооружения, являясь источником автономного энерго- и ресурсообеспечения. «Искусственное дерево» может быть оснащено недорогими датчиками, отслеживающими состояние атмосферного воздуха, и использоваться для создания “умной” городской среды.

Такие устройства подойдут для очистки воздуха в промзоне, для использования в скверах и парках города, на площадках перед магазинами, на остановках общественного транспорта. Они станут не просто эффективными воздушными фильтрами, но и сделают облик современного города интереснее и привлекательнее.

Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).

СМИ о нас:

Аргументы и факты: Зелено — молодо. «Искусственные деревья» сделают воздух в городах чище

Читайте нас:

«Наука ЮУрГУ» в Яндекс.Дзен
«ЮУрГУ News» в Telegram
Susu.official в Instagram

Елена Кирякова, фото: архив Т. Крупновой

Контактное лицо по новости:

Отдел внешних коммуникаций, тел.: 272-30-11

«искусственная паутина», «любовь» на Курилах и новые соединения для будущих лекарств

Биология, химия и медицина были и остаются самыми важными областями науки. Благодаря передовым исследованиям мы узнаем много нового об окружающем нас мире. Врачи получают возможность эффективнее лечить пациентов, для которых лекарства становятся более безопасными. Химики создают новые материалы, не боящиеся коррозии, и соединения для нефтеперерабатывающей промышленности. За последний год мы публиковали множество новостей о достижениях российских ученых. Выбрать три события было довольно трудно. Поэтому в нашем традиционном материале об итогах года мы рассказываем сразу о десяти научных событиях из области биологии, химии и медицины, которые мы запомнили в 2022 г.

Эффективный антибиотик из крови человека

Использование антибиотиков (только по назначению врача, разумеется) позволяет быстро и эффективно бороться с инфекциями и помогает пациентам восстанавливаться после операций. Однако их бесконтрольное и повсеместное применение, а порой и назначение приводят к повышению уровня устойчивости к ним бактерий. Проще говоря, антибиотики не действуют на вредные микроорганизмы, оказывая при этом негативное воздействие на здоровье человека.

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета получили белково-пептидную субстанцию с повышенным антибактериальным и противовирусным эффектом. Ее впервые синтезировали из лейкоцитов человека по уникальной технологии.

Промежуточный продукт лейкоцитарного белково-пептидного комплекса

Источник: пресс-служба Пермского политеха

По мере появления новых классов антибиотиков развиваются и механизмы сопротивления микроорганизмов. Разработчики субстанции нацелены решить эту проблему с помощью антимикробных пептидов, которые содержатся в нейтрофилах человека и животных и относятся к системе врожденного иммунитета, защищающей нас от инфекций. Будущий антибиотик уже прошел доклинические исследования, а значит, уже в ближайшие годы следует ожидать появления новых препаратов широкого спектра действия, не вызывающих устойчивости у бактерий.

«Искусственная паутина» для заживления ран

Ученые Курчатовского института совместно с исследователями из МГУ им. М.В. Ломоносова, НМИЦ трансплантологии и искусственных органов им. академика В.И. Шумакова, ИМБ РАН, ФНКЦ ФМБА разработали материал для заживления ран из «искусственной паутины».

Интересно, что над ее созданием трудятся не пауки, а модифицированные с помощью генной инженерии дрожжевые грибы. Ученые пересадили дрожжам синтезированные и отредактированные гены, отвечающие за выработку аналогов белков, которые пауки используют для создания каркасной нити ― самой прочной составляющей паутины.

Паутина

Источник: 123RF

Как заявлено в исследовании, «искусственная паутина» восстанавливает ткани за счет стимуляции работы стволовых клеток, которые ускоряют выздоровление, а также предотвращает появление шрама.

Прозрачный и сверхпрочный материал для российской космонавтики

Уникальный материал разработали химики из Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского. Прозрачность в инфракрасном диапазоне и высокая прочность композита оксидов магния и иттрия (MgO-Y₂O₃) открывают новые возможности для производства авиационных и космических аппаратов, работающих при интенсивных тепловых и механических нагрузках.

Испытания материала

Источник: ННГУ им. Н.И. Лобачевского

По словам автора исследования Дмитрия Алексеевича Пермина, для создания прозрачной в ИК-спектре композитной керамики ученые впервые использовали метод микроволнового спекания.

Технология обеспечивает ультрабыстрый нагрев со скоростью более 100º в минуту, а отсутствие нагревательных элементов позволяет получать чистые материалы и варьировать атмосферу спекания.

Один цветок ― множество препаратов

Российские ученые совместно с китайским коллегой исследовали биологически активные вещества весенника длинноножкового, малоизученного растения из Центральной Азии. В его листьях обнаружены кумарины и фурохромоны — соединения, обладающие антиоксидантным, противоопухолевым и другими полезными действиями, которые в будущем могут стать основой разнонаправленных препаратов.

Ученые впервые изучили состав активных веществ, выделенных из листьев весенника длинноножкового, собранного в Киргизии. Этот представитель семейства лютиковых произрастает на ограниченной территории в Центральной Азии и, как и другие растения рода

Eranthis, до сих пор был мало исследован.

Весенник длинноножковый (Eranthis longistipitata)

Источник: Андрей Эрст

Из листьев весенника длинноножкового специалисты выделили более 160 соединений. Среди выделенных биологически активных веществ исследователи обнаружили 19 различных флавоноидов. Соединения этого класса используются для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний и лежат в основе препаратов против венозной недостаточности.

Химический магнит для будущих наномоторов

Ученые Физического института им. П.Н. Лебедева РАН создали новый тип магнитного материала — химический магнит, чьи магнитные свойства меняются, если в нем протекает окислительно-восстановительная реакция. Это поможет создать новые нано- и микромоторы для прикладных задач, например для целевой доставки лекарств с помощью нанороботов.

Как отметили участники исследования, эксперименты с биметаллической пластиной, плавающей на поверхности электролита, показали, что если в такой системе протекает химическая реакция, то такой «пловец» работает как магнит.

Испытания магнита

Источник: Отдел по связям с общественностью ФИАН

В последние годы ученые активно исследуют методы разработки нано- и микророботов, которые в будущем смогут перемещаться в жидкостях, в частности внутри клеток и в кровеносных сосудах. Такие роботы могут иметь различную форму и приводиться в движение как внешними источниками энергии, так и используя топливо, добываемое из окружающей среды.

Как оказалось, магнитные свойства химического магнита, созданного в ФИАН, можно регулировать за счет изменения концентрации сульфата меди в растворе и вариаций температуры. Влияние обоих факторов обусловлено их воздействием на скорость протекания химических реакций, от которой, в свою очередь, зависит ток, протекающий через плавающего робота.

В перспективе, полагают ученые, такие химические магниты можно будет использовать для производства микро- и наномоторов, которые могут под действием магнитного поля перемещаться по кровеносным сосудам и доставлять лекарство в нужное место, а также решать другие прикладные задачи.

Найдены соединения, которые могут защитить нейроны от гибели при болезни Паркинсона

Ученые из Института биофизики клетки РАН ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН» показали эффективность природных метаболитов ― лактата и пирувата ― для коррекции патологических изменений митохондрий на клеточной модели болезни Паркинсона.

Болезнь Паркинсона входит в десятку тяжелых социально значимых заболеваний, борьба с которыми направлена на улучшение качества и продолжительности жизни в пожилом возрасте. Несмотря на то что первые свидетельства о клинических проявлениях болезни относятся к XII в. до н.э. и описаны у египетских фараонов, ее патогенез и молекулярные механизмы, приводящие к развитию неврологических нарушений, до сих пор мало изучены.

Ученым удалось показать, что процесс гибели нейронов может быть обусловлен нарушением митофагии — механизма, обеспечивающего очистку клетки от поврежденных митохондрий, источников активных форм кислорода и токсичных метаболитов. Отталкиваясь от своих ранее полученных результатов, исследователи протестировали соединения, которые снижают уровень повреждений клеток, активируя митофагию. Такими веществами оказались наши естественные метаболиты, образующиеся в клетках при энергетическом обмене, ― лактат (молочная кислота) и пируват (пировиноградная кислота).

Младший научный сотрудник лаборатории внутриклеточной сигнализации ИБК РАН Евгения Игоревна Федотова проводит анализ прижизненного изображения клеточной культуры

Источник: пресс-служба Минобрнауки

Конечно, говорить о клиническом применении полученных результатов еще рано. Сейчас ученые работают над проблемой обеспечения адресности воздействия на поврежденные нейроны без влияния на метаболизм здоровых клеток.

Пивоваренные дрожжи против тяжелых металлов

Ученые лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне выяснили, что обычные пивоваренные дрожжи способны выступать как эффективный сорбент для очищения сточных вод от опасных загрязнений тяжелыми металлами. Исследование показало, что такой способ очистки также экономически выгоден и экологически безопасен.

Тяжелые металлы остаются одними из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды из-за высокой токсичности и способности накапливаться в пищевой цепи. Основной путь попадания тяжелых металлов в окружающую среду ― сбросы неочищенных или плохо очищенных промышленных стоков в природные воды. Попадая в окружающую среду, промышленные стоки оказывают мощное техногенное воздействие на водные и почвенные экосистемы, вызывая нарушения естественного развития биогеоценозов.

Сотрудники сектора нейтронного активационного анализа и прикладных исследований ЛНФ ОИЯИ накопили значительный опыт в проведении исследований в области экологической химии. Было осуществлено тестирование различных биологических и композитных сорбентов, а именно дрожжей, бактерий, цианобактерий, для очистки сточных вод от тяжелых металлов, в числе которых цинк, никель, хром, стронций и др.

Схема эксперимента

Источник: пресс-служба ОИЯИ

По результатам проведенных исследований одним из самых эффективных сорбентов были признаны дрожжевые клетки Saccharomyces cerevisiae (пивоваренные дрожжи). Эти микроорганизмы используют в производстве многочисленных продуктов питания и напитков, поэтому они доступны в больших количествах и по низкой цене как отходы процессов ферментации. Одно из преимуществ состоит также и в том, что пивоваренные дрожжи безопасны для человека. Они также обладают высокой накопительной способностью по отношению к ионам металлов.

Новая технология для быстрой и эффективной диагностики онкомаркеров

Коллектив биофизиков из МФТИ и Сколтеха с коллегами разработал новую технологию выделения внеклеточных везикул из биологических жидкостей. Исследование везикул необходимо для диагностики и лечения разных заболеваний, в том числе онкологических. Предлагаемая технология превосходит известные сегодня методы по чистоте и количеству выделяемых частиц. Она проста, быстра и недорога, для ее реализации требуется только стандартное лабораторное оборудование.

Клетки нашего тела «общаются» друг с другом через кровяное русло, в которое они выделяют определенные сигнальные молекулы. Чтобы эти молекулы дошли до адресата, они заключаются в специальные внеклеточные везикулы, маленькие наноразмерные пузырьки. Проще говоря, везикулы выполняют роль системы доставки. Наполнение везикул от здоровых и больных клеток различно, на этом и основана диагностика. Везикулы, секретируемые нездоровыми клетками, содержат целый ряд различных биологических молекул — биомаркеров заболевания. Помимо диагностики, их изучение позволяет также проводить мониторинг лечения, анализируя динамику изменения количества везикул, содержащих выбранные маркеры.

Везикулы

Источник: пресс-служба МФТИ

Однако ученые столкнулись с проблемой, связанной с очень малым размером везикул. К тому же в биологических жидкостях содержится огромное количество различных молекул. Коллектив исследователей разработал фильтрационное устройство, специальный состав мембраны, конструкцию мембраны и последовательность процедуры. Технология позволила выделять везикулы просто, эффективно и с высокой чистотой, что очень важно для диагностики, а также для исследований, направленных на изучение внеклеточных везикул. Устройство делается полностью из российских комплектующих, стоимость его минимальна. Все научные и медицинские исследования, посвященные изучению внеклеточных везикул, очень нуждаются в такого рода простых, быстрых и эффективных методах.

Новое соединение поможет в восстановлении даже спустя сутки после инсульта

Российские ученые определили, что снизить воспаление в мозге при ишемическом инсульте помогают некоторые производные N-гетероциклов — колец из атомов углерода и азота с дополнительно «навешенными» на них химическими группами. Эксперименты на крысах показали, что такие соединения способствуют разрешению патологического воспаления и позволяют животным быстрее восстановиться, причем даже если лечение началось лишь спустя сутки. Результаты дают надежду, что предложенные вещества помогут и людям после инсульта, особенно когда упущены критические «золотые часы» для оказания первой помощи.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, ишемический инсульт, который также называют инфарктом мозга, — одна из наиболее частых причин смертей и инвалидности. Заболевание возникает из-за нарушений кровоснабжения мозга: формирования тромбов, расширений просветов артерий, повышенного артериального давления и, как следствие, недостаточного поступления кислорода к тканям. В зависимости от того, какая часть мозга пострадала и насколько сильно, могут произойти нарушения памяти, подвижности и речи.

Исследователи изучили действие вещества на лабораторных крысах, перенесших ишемический инсульт. После введения лекарства через сутки после операции животные на терапии проявляли более высокую исследовательскую и двигательную активность в поведенческих тестах, чем те, которые не получали препарат.

Зоологи МГУ и ИБР РАН нашли «любовь» на Курилах

Cuthonella rgo

Источник: Зоологический музей МГУ

Сотрудники Зоологического музея МГУ и Института биологии развития РАН описали два новых вида голожаберных моллюсков — особой группы морских животных, не имеющих раковины. Один из них назвали в честь Русского географического общества, организовавшего экспедицию, а другой получил имя «любовь» по результатам конкурса среди посетителей Зоомузея. Результаты опубликованы в Canadian Journal of Zoology. Данная работа поддержана Благотворительным фондом Владимира Потанина.

Моллюски широко распространены по всей планете: их можно встретить как в северных, так и в южных морях, как в горах, так и на морских глубинах в тысячи метров. Столь большое разнообразие мест обитания, многие из которых трудны для изучения и малодоступны, обусловило то, что зоологи открыли еще далеко не все их виды.

В ходе недавней экспедиции, организованной Русским географическим обществом, ученые обнаружили на островах Курильской гряды два новых для науки вида голожаберных моллюсков из родов Zelentia и Cuthonella, причем представители первого из них ранее встречались лишь в Северной Атлантике и на юго-востоке Тихого океана. Животные внешне напоминают слизней (они, кстати, относятся к брюхоногим моллюскам, но у них в ходе эволюции исчезли раковинки) молочного цвета с оранжевыми отростками на спине. Отнести их к новым видам позволили результаты современных генетических и морфологических исследований.

Один из новых видов назвали Cuthonella rgo (Кутонелла рго), чтобы подчеркнуть ключевую роль Русского географического общества (РГО) в научных исследованиях Курильских островов. Имя другого нового вида, Zelentia amoris (amoris — форма родительного падежа от лат. amor — «любовь»), было выбрано в ходе конкурса на новое название, который весной этого года провели сотрудники Зоомузея МГУ.

Это символ того, что любовь к людям, к природе и нашей планете — сила, способная спасать жизни.

Портал «Научная Россия» и дальше будет следить за успехами отечественных и зарубежных ученых и рассказывать вам о них в следующем году! С наступающим праздником!

Искусственный интеллект (ИИ) | Определение, примеры, типы, приложения, компании и факты

Алан Тьюринг

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Марвин Мински Эдвард Альберт Фейгенбаум Аллен Ньюэлл Джон Маккарти Алан Тьюринг

Похожие темы:: вычислительная эстетика нейронная сеть язык программирования искусственного интеллекта экспертная система три закона робототехники

Просмотреть весь соответствующий контент →

Что такое интеллект?

Все поведение человека, кроме простейшего, приписывается интеллекту, в то время как даже самое сложное поведение насекомых никогда не считается признаком интеллекта. В чем разница? Рассмотрим поведение осы-землекопа Sphex ichneumoneus . Когда самка осы возвращается в свою нору с едой, она сначала кладет ее на порог, проверяет, нет ли в ее норе непрошеных гостей, и только потом, если берег свободен, заносит свою еду внутрь. Истинная природа инстинктивного поведения осы раскрывается, если отодвинуть корм на несколько дюймов от входа в ее нору, пока она находится внутри: вынырнув, она будет повторять всю процедуру столько раз, сколько будет перемещена пища. Интеллект – явно отсутствует в случае Сфекс — должен включать способность адаптироваться к новым обстоятельствам.

(Читайте эссе Юваля Ноя Харари «Британника» о будущем «человека в бессознательном состоянии»)

Викторина «Британника»

Викторина «Компьютеры и технологии»

Психологи, как правило, характеризуют человеческий интеллект не по какой-то одной черте, а по совокупности множества разнообразных способностей. Исследования в области ИИ сосредоточены в основном на следующих компонентах интеллекта: обучение, рассуждение, решение проблем, восприятие и использование языка.

Применительно к искусственному интеллекту существует ряд различных форм обучения. Самое простое — учиться методом проб и ошибок. Например, простая компьютерная программа для решения шахматных задач на мат в одном может пытаться делать ходы случайным образом, пока не будет найден мат. Затем программа может сохранить решение с позицией, чтобы в следующий раз, когда компьютер столкнется с той же позицией, он вспомнил решение. Это простое запоминание отдельных элементов и процедур, известное как механическое заучивание, относительно легко реализовать на компьютере. Более сложной является проблема реализации того, что называется обобщением. Обобщение предполагает применение прошлого опыта к аналогичным новым ситуациям. Например, программа, которая запоминает прошедшее время обычных английских глаголов наизусть, не сможет воспроизвести прошедшее время слова, такого как 9. 0077 jump , если только ему ранее не было представлено jumped , тогда как программа, способная обобщать, может изучить правило «добавить ed » и, таким образом, сформировать прошедшее время jump на основе опыта с похожими глаголами.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Насколько мы действительно близки к тому, чтобы соединить человеческий разум с искусственным интеллектом?

Интерфейс мозг-компьютер — горячая тема в мире технологий, когда Илон Маск объявил о своем новом стартапе Neuralink. Здесь исследователи отделяют то, что является наукой, от того, что в настоящее время все еще остается вымыслом.

Подобно тому, как древние греки мечтали о парящих полетах, сегодняшнее воображение мечтает о слиянии разума и машин как о средстве против надоедливой проблемы человеческой смертности. Может ли разум напрямую подключаться к искусственному интеллекту, роботам и другим разумам с помощью технологий интерфейса мозг-компьютер (BCI), чтобы превзойти наши человеческие ограничения?

За последние 50 лет исследователи из университетских лабораторий и компаний по всему миру добились впечатляющего прогресса в достижении такого видения. Недавно успешные предприниматели, такие как Илон Маск (Neuralink) и Брайан Джонсон (Kernel), объявили о новых стартапах, которые стремятся расширить возможности человека за счет взаимодействия мозга с компьютером.

Насколько мы действительно близки к успешному подключению нашего мозга к нашим технологиям? И какие могут быть последствия, когда наши умы подключены?

Истоки: Реабилитация и восстановление

Эб Фетц, исследователь из Центра сенсомоторной нейронной инженерии (CSNE), является одним из первых пионеров, пытающихся соединить машины с разумом. В 1969 году, еще до того, как появились персональные компьютеры, он показал, что обезьяны могут усиливать сигналы своего мозга, чтобы управлять стрелкой, которая движется по циферблату.

Большая часть недавней работы над BCI направлена на улучшение качества жизни людей, которые парализованы или имеют серьезные двигательные нарушения. Возможно, вы видели некоторые недавние достижения в новостях: исследователи Питтсбургского университета используют сигналы, записанные внутри мозга, для управления роботизированной рукой. Исследователи из Стэнфорда могут извлекать намерения движения парализованных пациентов из сигналов их мозга, что позволяет им использовать планшет без проводов.

Точно так же некоторые ограниченные виртуальные ощущения могут быть отправлены обратно в мозг путем подачи электрического тока внутрь мозга или на его поверхность.

А как насчет наших основных органов зрения и слуха? Очень ранние версии бионических глаз для людей с серьезными нарушениями зрения были запущены в коммерческую эксплуатацию, а улучшенные версии прямо сейчас проходят испытания на людях. Кохлеарные имплантаты, с другой стороны, стали одними из самых успешных и распространенных бионических имплантатов — более 300 000 пользователей по всему миру используют имплантаты, чтобы слышать.

ge.com/news/reports/close-connecting-human-minds-artificial-intelligence/image-20170408-29365-148t6y1/” rel=”attachment wp-att-29189″> Двунаправленный интерфейс мозг-компьютер (BBCI) может как записывать сигналы от мозга, так и отправлять информацию обратно в мозг посредством стимуляции. Центр сенсомоторной нейронной инженерии (CSNE), CC BY-ND

Наиболее сложными BCI являются «двунаправленные» BCI (BBCI), которые могут как записывать, так и стимулировать нервную систему. В нашем центре мы изучаем BBCI как радикально новый инструмент реабилитации после инсульта и травм спинного мозга. Мы показали, что BBCI можно использовать для укрепления связей между двумя областями мозга или между головным и спинным мозгом, а также для перенаправления информации в область повреждения для реанимации парализованной конечности.

Со всеми этими успехами на сегодняшний день вы можете подумать, что интерфейс мозг-компьютер готов стать следующим обязательным потребительским гаджетом.

Еще рано

ge.com/news/reports/close-connecting-human-minds-artificial-intelligence/image-20170407-3845-46uqbb/” rel=”attachment wp-att-29211″> Электрокортикографическая сетка, используемая для обнаружения электрических изменений на поверхности мозга, тестируется на электрические характеристики. Центр сенсомоторной нейронной инженерии, CC BY-ND

Но внимательное изучение некоторых из текущих демонстраций НКИ показывает, что нам еще многое предстоит сделать: когда НКИ производят движения, они намного медленнее, менее точны и менее сложны, чем то, что способно люди с телом легко справляются каждый день со своими конечностями. Бионические глаза обеспечивают зрение с очень низким разрешением; кохлеарные имплантаты могут в электронном виде передавать ограниченную речевую информацию, но искажают восприятие музыки. И чтобы все эти технологии заработали, электроды должны быть имплантированы хирургическим путем — перспектива, которую большинство людей сегодня не рассматривают.

Однако не все BCI являются инвазивными. Существуют неинвазивные BCI, не требующие хирургического вмешательства; они, как правило, основаны на электрических (ЭЭГ) записях кожи головы и использовались для демонстрации управления курсорами, инвалидными колясками, роботизированными руками, дронами, роботами-гуманоидами и даже связью между мозгом.

Но все эти демонстрации были в лаборатории, где комнаты тихие, испытуемые не отвлекаются, техническая установка долгая и методичная, а эксперименты длятся ровно столько, сколько нужно, чтобы показать, что концепция возможна. Оказалось очень сложно сделать эти системы достаточно быстрыми и надежными, чтобы их можно было использовать в реальном мире.

Даже с имплантированными электродами еще одна проблема с попыткой читать мысли возникает из-за того, как устроен наш мозг. Мы знаем, что каждый нейрон и тысячи связанных с ним соседей образуют невообразимо большую и постоянно меняющуюся сеть. Что это может означать для нейроинженеров?

Представьте, что вы пытаетесь понять разговор большой группы друзей на сложную тему, но вам разрешено слушать только одного человека. Возможно, вы сможете выяснить очень приблизительную тему разговора, но точно не все детали и нюансы всего обсуждения. Поскольку даже наши лучшие импланты позволяют нам слушать только несколько небольших участков мозга за раз, мы можем делать некоторые впечатляющие вещи, но мы даже близко не понимаем весь разговор.

Существует также то, что мы называем языковым барьером. Нейроны общаются друг с другом посредством сложного взаимодействия электрических сигналов и химических реакций. Этот родной электрохимический язык можно интерпретировать с помощью электрических цепей, но это непросто. Точно так же, когда мы обращаемся к мозгу с помощью электрической стимуляции, это делается с сильным электрическим «акцентом». Это затрудняет понимание нейронами того, что стимуляция пытается передать среди всей другой продолжающейся нейронной активности.

Наконец, есть проблема повреждений. Мозговая ткань мягкая и гибкая, в то время как большинство наших электропроводящих материалов — проводов, которые соединяются с мозговой тканью — имеют тенденцию быть очень жесткими. Это означает, что имплантированная электроника часто вызывает рубцевание и иммунные реакции, что означает, что имплантаты со временем теряют эффективность. Гибкие биосовместимые волокна и массивы могут в конечном итоге помочь в этом отношении.

Совместная адаптация, совместное проживание

Несмотря на все эти проблемы, мы с оптимизмом смотрим в наше бионическое будущее. BCI не обязательно должны быть идеальными. Мозг удивительно адаптивен и способен учиться использовать НКИ так же, как мы осваиваем новые навыки, такие как вождение автомобиля или использование интерфейса с сенсорным экраном. Точно так же мозг может научиться интерпретировать новые типы сенсорной информации, даже если она доставляется неинвазивно с использованием, например, магнитных импульсов.

В конечном счете, мы считаем, что «коадаптивный» двунаправленный BCI, в котором электроника обучается вместе с мозгом и постоянно общается с мозгом в процессе обучения, может оказаться необходимым шагом для создания нейронного моста. Создание таких коадаптивных двунаправленных BCI является целью нашего центра.

Мы также воодушевлены недавними успехами в целенаправленном лечении таких заболеваний, как диабет, с помощью «электроцевтиков» — экспериментальных небольших имплантатов, которые лечат болезнь без лекарств, передавая команды непосредственно внутренним органам.

Исследователи открыли новые способы преодоления электрического и биохимического языкового барьера. Инъекционное «нейронное кружево», например, может оказаться многообещающим способом постепенно позволить нейронам расти вместе с имплантированными электродами, а не отторгать их. Гибкие зонды на основе нанопроволоки, гибкие каркасы нейронов и интерфейсы из стеклоуглерода также могут позволить биологическим и технологическим компьютерам счастливо сосуществовать в наших телах в будущем.

От вспомогательного до усиливающего

Новый стартап Илона Маска Neuralink имеет заявленную конечную цель — улучшить людей с помощью BCI, чтобы дать нашему мозгу преимущество в продолжающейся гонке вооружений между человеческим и искусственным интеллектом. Он надеется, что благодаря возможности подключения к нашим технологиям человеческий мозг сможет расширить свои возможности, что, возможно, позволит нам избежать потенциального антиутопического будущего, в котором ИИ намного превзойдет естественные человеческие возможности. Такое видение, конечно, может показаться далеким или фантастичным, но мы не должны отказываться от идеи только из-за странности. В конце концов, еще полтора десятилетия назад беспилотные автомобили были отнесены к области научной фантастики, а теперь делят наши дороги.

BCI может различаться по многим параметрам: взаимодействует ли он с периферической нервной системой (нервом) или центральной нервной системой (мозгом), является ли он инвазивным или неинвазивным и помогает ли он восстановить утраченную функцию или расширить возможности. Джеймс Ву; адаптировано из Сакурамбо, CC BY-SA

В ближайшем будущем, когда интерфейсы мозг-компьютер перейдут от восстановления функций у людей с ограниченными возможностями к расширению возможностей здоровых людей сверх их человеческих возможностей, мы должны остро осознавать множество вопросов, связанных с на согласие, конфиденциальность, личность, свободу действий и неравенство. В нашем центре команда философов, клиницистов и инженеров активно работает над решением этих этических, моральных и социальных вопросов справедливости и предлагает нейроэтические рекомендации до того, как область продвинется слишком далеко вперед.

Непосредственное подключение нашего мозга к технологиям может в конечном итоге стать естественным развитием того, как люди на протяжении веков совершенствовали себя с помощью технологий, от использования колес для преодоления наших ограничений, связанных с двуногими, до создания записей на глиняных табличках и бумаге для расширения наших воспоминаний. Подобно современным компьютерам, смартфонам и гарнитурам виртуальной реальности, аугментативные BCI, когда они наконец появятся на потребительском рынке, будут воодушевляющими, разочаровывающими, рискованными и в то же время многообещающими.

(Верхнее изображение: предоставлено Getty Images.)

Впервые эта статья появилась в The Conversation.

Раджеш П. Н. Рао — директор Центра сенсомоторной нейронной инженерии NSF, профессор факультета компьютерных наук и инженерии, адъюнкт-профессор факультетов ЭЭ и БиоЭ, а также преподаватель Высшей программы нейробиологии в Вашингтонском университете, Сиэтл.

Джеймс Ву – доктор философии.

TOP HEADLINES