В новом выпуске "Дайджеста" новостей аватар-технологий от Общественного движения "Россия 2045" речь пойдет о беспроводном имплантанте для исследования мозга с помощью метода оптогенетики; биологической копии мозга пятинедельного эмбриона человека; высокочувствительном сенсоре для диагностики рака на максимально ранних стадиях; асинхронной системе управления экзоскелетом нижних конечностей силой мысли; а также первой Школе юных нейротехнологов, которая прошла на прошлой неделе в Московском технологическом институте.
1. Беспроводной имплантант для мозга
Инженеры Стэнфордского университета разработали беспроводной имплантант для исследования мозга с помощью метода оптогенетики. Технология открывает новые возможности для оптогенетических экспериментов, в которых животные смогут демонстрировать естественное поведение при стимуляции центральной и периферийной нервной системы.
Оптогенетика – это метод изучения работы нейронов, который заключается во внедрении с помощью генной инженерии / в мембрану нейронов / специальных светочувствительных рецепторов – опсинов. Ученые могут воздействовать светом на модифицированные нейроны и, наблюдая за поведением животного, изучать анатомию мозга и особенности его функционирования.
Раньше свет передавали по оптоволоконному кабелю, порт для которого инвазивно подключали к мозгу животного. Исследователи из Стэнфордского университета создали беспроводное устройство весом в 20-50 миллиграммов, которое можно имплантировать не только в мозг, но и в позвоночник, и в конечности. Батарейки в имплантате нет, поэтому исследователи разработали и устройство для зарядки, заряжающее имплантат через тело мыши.
Имплантат, помещенный в правую долю премоторной коры, заставил мышь двигаться по кругу. Имплантат в позвоночнике продемонстрировал, что активация нейронов в верхних отделах позвоночника влияет на активность нейронов в его нижних отделах. Ученые также внедрили имплантат в задние конечности и в ходе эксперимента стимулировали нейроны, отвечающие за ощущение боли. В камере, куда посадили мышь, имплантат мог быть включен только в одной ее зоне. При активации устройства мышь сразу перемещалась в безопасную зону.
2. Копия человеческого мозга
Ученые из Университета штата Огайо объявили, что они смогли вырастить копию человеческого мозга, которая соответствует мозгу пятинедельного эмбриона. Разработчики рассчитывают, что их изобретение окажется полезным для изучения различных нейродегенеративных заболеваний и тестирования медикаментов.
По слова профессора Рене Ананда, за 12 недель его команда вырастила мозг, в котором воспроизведены 99 процентов генов биологического мозга и представлены основные отделы. В копии мозга отсутствует кровеносная система (что является недостатком модели). При этом сенсорные стимулы в мозг не поступают и мыслительные процессы в нем отсутствуют (что хорошо, поскольку исключает возможные этические проблемы).
Материалом для выращенной копии мозга служат клетки кожи, которые перепрограммировали в индуцированные стволовые клетки, способные изменить свою специализацию и образовать любую ткань в организме. Однако эксперты пока осторожны в оценках исследования, поскольку Ананд не предоставил полный отчет об эксперименте, пообещав, что сделает это после получения им патента на технологию. С нетерпением ждем подробности!
3. Сенсор для диагностики рака
Российские исследователи из Московского физико-технического института разработали высокочувствительный сенсор, позволяющий диагностировать рак на максимально ранних стадиях и выявлять различные вирусные заболевания, включая ВИЧ, гепатит и герпес. Работа ученых вошла в десятку лучших статей международного рейтинга Мaterialstoday по итогам июня 2015 года. Подробное описание сверкомпактного наномеханического сенсора приведено на сайте МФТИ.
Датчик состоит из двух частей: фотонный (или плазменный) контроллер, получающий оптический сигнал, и консоль управления (длинные полоски, связанные в чипе). Разработчики Дмитрий Федянин и Юрий Стебунов так поясняют работу своего изобретения: "Чтобы понять, как устроено устройство, представьте, что один конец измерительной линейки плотно прижат к столу, а другой висит в воздухе. Когда вы касаетесь свободного конца, а затем убираете руку, начнется процесс механического измерения начавшихся колебаний определенной частоты. Колебания консоли позволяют определить химический состав среды, в которой находится чип".
Новый датчик обладает высокой чувствительностью и миниатюрными размерами, что позволяет использовать его в портативных устройствах, например, в смартфонах. При этом в смартфон можно поместить несколько тысяч таких сенсоров, обладающих разной специализацией.
4. Управляемый силой мысли экзоскелет
Разработчики из Корейского института и Берлинского технологического университета создали уникальную систему управления экзоскелетом нижних конечностей силой мысли. Пока система позволяет управлять лишь пятью движениями экзоскелета (вперед, влево, вправо, сесть и встать), но все еще впереди. Оборудование пока далеко от совершенства: задержки в системе управления составляют 2-3 секунды. Однако ученым удалось добиться высокого процента верного распознавания сигнала – 85-95%.
Оборудование состоит из интерфейса "мозг-машина", крестовины с пятью светодиодами и электроэнцефалографа. Светодиоды на крестовине мигают с заданной частотой, которая для движения прямо, например, составляет 9 герц, а для поворота направо – 15 герц. При концентрации внимания на одном из светодиодов в коре головного мозга возникают биологические потенциалы. Электроэнцефалограф их снимает и передает на интерфейс "мозг-машина", который распознает сигнал и передает команду управления экзоскелету. Испытания системы проводились на полностью здоровом человеке. В перспективе эксперименты с участием людей, страдающих от бокового амиотрофического склероза, и парализованных ниже пояса пациентов.
5. Школа юных нейротехнологов
Российские подростки в Школе юных нейротехнологов на прошлой неделе учились управлять с помощью интерфейса мозг компьютер собственным тараканом-киборгом. Нейронаука – одна из наиболее перспективных сегодня областей науки, достижения которой найдут применение и в медицине, и в реабилитации инвалидов, и в игровой индустрии.
С 17 по 21 августа под руководством профессора Виталия Дунина-Барковского, преподавателей из МГУ и МФТИ 40 детей от 10 до 16 лет знакомились с основами нейронауки. Главным событием Школы юных нейротехнологов стала уникальная операция по киборгизации тараканов: ученики вживляли насекомым под анестезией коннекторы с тремя электродами, затем в коннекторы устанавливали специальные чипы, соединенные с компьютером по Bluetooth. И с помощью специальной гарнитуры BCI, подключаемой к мозгу ученика, управляли насекомым. В этом учебном году планируется запустить годовой кружок и обучить около 500 детей. В 2016-2017 году в нейрокружке будут учиться уже 2000 детей, а в 2017-2018 году – 8000.
6. Обучаемый носитель интеллекта
Исследователи из Томского государственного университета совместно с коллегами из Германии, Болгарии, Украины, Белоруссии и Казахстана создали искусственный обучаемый носитель интеллекта. Об этом сообщается на официальном сайте ТГУ. Сначала ученые построили математическую и компьютерную модели мозга человека. После этого был сконструирован радиоэлектронный прибор, способный обрабатывать информацию (видео, звук и т.д.). В настоящее время идет работа по созданию основной системы робототехнического комплекса, который представляет собой интеллектуальный центр управления.
Детище ученых вуза способно самостоятельно обучаться и накапливать жизненный опыт, анализируя собственные ошибки. Искусственный разум воспринимает внешние раздражители и понимает, когда нужно избежать их воздействия. Например, машина отвернется от яркого света или отойдет подальше от слишком громких звуков. Нейроны (перцептроны) искусственного интеллекта находятся в возбужденном состоянии до тех пор, пока не будет найдено правильное решение, которое машина запомнит и возьмет на заметку.
В конечном варианте ученые хотят достичь максимальной приближенности искусственного разума к биологической модели головного мозга. Поэтому в ближайшее время планируется привлечь к работе биологов и психологов. Искусственный разум, по словам специалистов, сделает более умными и совершенными роботов и нейрокомпьютеры, а также будет незаменим в медицинских исследованиях, например, при изучении амнезий, болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона, когда в головном мозге нарушаются связи между нейронами.