Июль 31 2008

Гиппокамп пожилых не запоминает события дня

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 14:33

Гиппокамп пожилых не запоминает события дня

30 июля 2008


Гиппокамп участвует в механизмах формирования эмоций, а также консолидации памяти (memory consolidation), то есть перехода кратковременной в долговременную. На фото: снимок гиппокампа мыши с помощью конфокального микроскопа (фото Jean Livet/Nature).

Группа американских учёных обнаружила, каким образом нарушается память пожилых людей: в этом может быть виновен гиппокамп.

Именно он сортирует события дня минувшего и перемещает их на “жёсткий диск” головного мозга. А с возрастом уже не справляется.

Вообще говоря, устройство памяти – весьма непростой и туманный вопрос. Но о связи этой важнейшей функции со сном науке известно довольно давно. В ряде исследований отмечалось и участие гиппокампа в усвоении пережитого опыта.

Однако напрямую установить связь между этим отделом головного мозга и краткосрочными воспоминаниями пока не удавалось.

Кэрол Барнс (Carol Barnes) и её коллеги из университета Аризоны (University of Arizona), наблюдая за крысами, заметили, что более взрослые особи страдают нарушениями памяти – прямо как пожилые люди.

Доктор Барнс уже давно исследует нейронные массы гиппокампа (hippocampal neurons), в том числе у молодых и старых грызунов. На этот раз она решила выяснить, не причастна ли эта часть лимбической системы к нарушениям краткосрочной памяти.

Томографический снимок гиппокампа подопытной крысы (фото с сайта biofinity.org).

В ходе эксперимента 11 молодых и 11 пожилых животных приучили находить корм в нескольких лабиринтах. Параллельно проходили наблюдения за электрической активностью гиппокампа – с помощью вживлённого прямо в мозг зонда.

Затем замеры повторились – ночью, когда крысы спали. В итоге юниоры показали уровень активности, аналогичный тому, когда они пробирались по лабиринту.

А вот крысы в возрасте – нет. На этом основании нейрофизиологи сделали вывод, что у них процесс воспроизведения воспоминаний нарушен.

Дальнейшие опыты показали, что молодёжь в целом лучше ориентировалась в ходах и выходах в серии из нескольких раундов “пищевого ориентирования”.

Подробный отчёт об этом исследовании будет опубликован в Journal of Neuroscience за 30 июля.

Проводя аналогию с человеком, авторы работы предполагают, что часть краткосрочных воспоминаний у пожилых теряется во сне. И виной тому – недостаточно активная работа гиппокампа по “повторному показу” пережитого опыта.

С этим согласен Майкл Хассельмо (Michael Hasselmo) из Бостонского университета (Boston University), который считает, что, разобравшись с устройством этой части головного мозга, можно подобрать соответствующие биохимические корректоры.

Да, звучит более гуманно, чем вживляемый в мозг электронный гиппокамп, разработку которого ведут ряд американских университетов.

Кстати, по мнению Лизы Маршалл (Lisa Marshall) из университета Любека (Universität zu Lübeck), постоянная полудрёма старых людей – как раз попытка компенсировать недостаточную глубину запоминания текущих событий.

Возможно, вам будет также интересно узнать об искусственном химическом выключателе гиппокампа.


Июль 29 2008

Ходики на сто веков пробуждают кукушку раз в миллениум

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 14:53

Ходики на сто веков пробуждают кукушку раз в миллениум

Представьте себе часы, которые исправно тикают тысячи лет. Они находятся в уединённом месте. К ним тянутся вереницы паломников. Как к идолу, тайну появления которого никто не может разгадать и назначение которого – секрет не меньший. Но не спешите искать это фантастическое сооружение: такая загадка может попасться нашим отдалённым потомкам. Ведь уникальный хронометр уже строят наши современники.
Данный проект – плод, в первую очередь, усилий американца Дэниэла Хиллиса (William Daniel Hillis) — учёного, изобретателя, инженера и писателя.

Удивительное дело: когда-то он принимал участие в проектировании современных суперкомпьютеров и являлся одним из основателей корпорации Thinking Machines, а ныне работает над самым медленным компьютером в мире, призванным с высокой точностью отмерять время на протяжении целых эпох.

10-тысячелетние часы удивляют не только точностью и необычайно долгим сроком работы. Посмотрите — как они сделаны (фотографии Long Now Foundation).

Впервые идею этого сверхдолговечного и филигранного механизма Хиллис высказал в 01993 году в письмах к своим друзьям. В 01995-м идея получила развитие в материале Хиллиса, вышедшем в журнале Wired.

Там он писал: “Когда я был ребёнком, три десятилетия назад, будущее было очень далеко — как рубеж тысячелетий. 01984-й и 02001-й годы казались одинаково удалёнными”.

Дела фонда должны способствовать “долгосрочной ответственности”. Дэниэл Хиллис полагает, что наряду с созданием долговечной библиотеки, таким делом может стать запуск 10-тысячелетних часов (фото Steve Jurvetson).

Однако, преодолев некоторую эйфорию по поводу миллениума, люди ничуть не научились мыслить действительно масштабными единицами. Где там 02100 год? О, это нескоро. Американский учёный полагает, что многое тут зависит от нашего способа “именовать” года. Магия круглых чисел и всё такое.

Между тем, существуют замечательные примеры долгосрочного мышления. На века.

Об одном из них говорит Хиллис: в XIX веке, когда потребовали замены прогнившие балки потолка в столовой старого (вопреки названию) New College в Оксфорде, плотники спилили дубы, высаженные неподалёку аж в 01386 году — когда данное здание и было построено.

Да, представьте: строители сооружений XIV века посадили эти деревья намеренно, резонно предполагая, что через столетия древесина понадобится для ремонта.

Это лишь прототип, но завод и осмотр настоящих 10-тысячелетних часов должен выглядеть приблизительно также (фотографии Long Now Foundation).

В 01996 году предприниматель Стюарт Брэнд (Stewart Brand), один из создателей Global Business Network, сам Хиллис и ещё целая группа их друзей основали фонд “Длительное сейчас” (Long Now), призванный реализовывать самые необычные долговременные проекты, в том числе и проект “часов тысячелетий” — 10,000 Year Clock или Clock of the Long Now.

Интересно, что название фонду (и часам, соответственно) дал всемирно-известный музыкант и певец Брайен Ино (Brian Eno), также вошедший в состав управляющих данной организации.

Когда Брайен впервые прилетел в Нью-Йорк, он нашёл, что в Нью-Йорке “здесь и сейчас” означает эту комнату и эти пять минут, в противоположность куда большему “здесь” и более долгому “теперь”, которые он использовал в Англии. Так и родилось название фонда. Его создатели поясняют: “Поскольку мы пробуем растянуть то, что люди рассматривают в качестве “теперь”.

С Long Now, кстати, мы уже встречались: упоминали, что фонд работает над созданием долговечного и всеобъемлющего лингвистического архива человечества (Rosetta Project).

Высота Prototype 1 составляет 2,44 метра. Финальный вариант необычных часов должен оказаться намного крупнее, но будет схож обликом (фото Long Now Foundation).

Итак, Хиллис задумал построить часы, в которых один “тик” занимал бы год, “так” — ещё год. Часы, которые издавали бы короткий звон раз в столетие и некое мелодичное “ку-ку” (или скорее перелив колокольчиков, бой гонга или что-нибудь в этом роде) — раз в тысячу лет. Часы, которые были бы рассчитаны на сто веков безостановочной работы.

Почему именно это число?

Это приблизительно тот срок, за который люди построили и взрастили свою техногенную цивилизацию. Это срок более-менее стабильного климата на Земле и поступательного прогресса. Это время восхождения людей от примитивных сообществ дописьменной эпохи, через первые города и первые государства, первые законы и первые механизмы к нынешней технической цивилизации с Интернетом и космическими полётами.

Таким образом, следующие десять тысяч оборотов вокруг Солнца — это “ещё одна история” человечества, в течение которой фантастический механизм Дэниэла должен олицетворять собой Время и соединять поколения людей. В общем, философия проекта сходна с подоплёкой живых тысячелетних часов.

Изобретатели долговечных часов изо всех сил старались до минимума сократить число передач (пар шестерён) и вообще — участков трения. Но всё равно, выглядит механизм замысловато (фотографии Long Now Foundation).

Что самое поразительное: Clock of the Long Now должны не просто двигаться очень и очень долго — они обязаны ещё и показывать правильное время с высокой точностью в следующие 10 тысяч лет. Иначе — пропадёт вся прелесть замысла.

Непростая инженерная задача. И всё же — решаемая. Так полагают Хиллис и его соратники по фонду. И не без оснований.

В 01997 году фонд провёл совещание, очертившее проект 10,000 Year Clock, и тогда же Дэниэл представил друзьям прототип своего бинарного механического компьютера, состоящего из множества шестерёнок, кулачков и валов. Этот механизм стал сердцем всего проекта.

В самом конце 01999 года первый прототип 10-тысячелетних часов (он представлен на снимках под заголовком и в тексте) был построен и запущен. В новогоднюю ночь этот Prototype 1 торжественно пробил два раза, озвучив приход 02000 года. Об устройстве таких часов мы поговорим чуть ниже, а пока — ещё немного истории.

Prototype 1 готовится сыграть первый бой: вот-вот в окошке, заменяющем традиционную стрелку, число 01999 сменится на 02000 (фото Long Now Foundation).

В 02005 году появился второй прототип, на этот раз, выполненный не как “простые” часы, а как механический планетарий — Orrery, способный в течение столетий исправно показывать положение светил на небе.

В некотором роде этот небольшой шедевр является продолжателем “дела” Антикитерского механизма, созданного ещё до Рождества Христова.

Кто знает, сколько столетий этот чудесный бронзовый прибор смог бы оставаться в рабочем состоянии, если бы не попал некогда на дно моря.

Orrery (на снимке и чертеже) показывает передвижение шести планет — от Меркурия до Сатурна. Кстати, на циферблате Prototype 1 можно найти не только года, но также отражение хода светил: Солнца, Луны и некоторых звёзд (фото Nicholas Chatfield-Taylor, иллюстрация Long Now Foundation).

Вернёмся, впрочем, в наше время. Оба новых изделия послужили полигоном для отработки ключевых идей 10,000 Year Clock. Каков должен быть механизм счёта времени, маятник и привод, как можно добиться высокой точности хода и через тысячи лет после запуска…

Как вы уже поняли, создатели этих устройств сразу решили: никакой электроники, никакой электрики, всяких атомных часов и прочих штучек века. Вековую надёжность и безотказность может обеспечить только голая механика — крупные металлические детали, выточенные с ювелирной точностью и филигранно подогнанные друг к другу.

Поскольку разделить циферблат на 10 тысяч лет было бы проблематично (часы показывают каждый год) и неудобно, его сделали составным. Два кольца сдвигаются друг относительно друга, образуя нужные сочетания цифр (фото Long Now Foundation).

Дэниэл подумал – неизвестно же, что будет с часами через пару тысячелетий. (Уж не о крахе цивилизации от ядерной войны и последующем её повторном восхождении думал исследователь?) А потому они должны быть ремонтопригодными с применением только лишь технологий бронзового века.

Также важной чертой суперчасов должна стать прозрачность и понятность механизма: толковый механик при помощи лишь простого осмотра должен понять схему 10,000 Year Clock, чтобы создать деталь на замену сломанной или, кто знает, даже усовершенствовать прибор.

Но кто будет чинить такие часы? Это интересный вопрос.

9 сентября 02008 года должен выйти в свет роман “Анафема” (Anathem) американского фантаста Нила Стефенсона (Neal Stephenson), да-да, тоже знакомого Хиллиса.

За свои фантастические романы Нил Стефенсон получил несколько престижных литературных премий. Можно предположить, что “Анафему” также заметят (иллюстрация с сайта en.wikipedia.org).

В книге представлено постапокалиптическое будущее, в котором горстка учёных образовала квазирелигиозное общество, тысячелетиями поддерживающая жизнь в уединённом хранилище знаний (с часами, понятное дело), спрятанном от внешнего, обезумевшего мира.

Хиллис вот тоже подумывает, не скрыть ли запущенные “часы веков” подальше от посторонних глаз. Впрочем, пока, кажется, прятать свой “памятник Времени” Long Now не собирается, хотя стоять часы должны в одном из малонаселённых районов мира.

Недавно фонд приобрёл участок земли в восточной части Невады. 10,000 Year Clock должны найти пристанище где-то на горном хребте Снейк (Snake), на высоте 3 километров. Там, кстати, можно увидеть реликтовые сосны, возрастом в тысячелетия. Символично.

Есть тут и рациональная составляющая выбора: разреженный и сухой воздух должен способствовать сохранности металлических деталей часов.

Где-то здесь 10-тысячелетние часы должны появиться неизвестно когда. Фонд намеренно не ставит точных сроков реализации затеи, намереваясь проработать все детали досконально (фотографии Long Now Foundation и Stephen Johnson).

И тут мы собственно попробуем составить их описание. Пусть их точный облик ещё не определён, кое-что можно понять по уже реализованным проектам — Prototype 1 и Orrery.

Маятник, скорее всего, окажется крутильный. Массивный. Медленный.

В движение механизм будут приводить тяжёлые гири, правда, спускающиеся не на цепочке, а крайне “лениво” сползающие по длинному винту.

Этих гирь должно хватать на очень приличный срок, поскольку почти все детали в механизме будут двигаться подобно улитке. Даже период колебаний маятника составит порядка 40 секунд, а то и минуты – сравните с обычными ходиками.

Однако, ни о каких 10 тысячах лет и тут мечтать не приходится. Как ни крути – а нужен подзавод.

1 — привод, 2 — регулятор скорости, 3 — циферблат, показывающий года и положение светил, 4 — “уравнение времени”, 5 — обычный часовой циферблат, 6 — механический компьютер, 7— гиря, 8 — маятник (фото Long Now Foundation).

Рассматриваются два варианта (не взаимоисключающих). Первый – ручной. То есть – подзавод людьми, иногда навещающими эти часы. Не так уж фантастично, если учесть, что поддержание связи между многими поколениями — одна из сверхидеей проекта.

Второй вариант технически не намного и сложнее, зато убирает необходимость в людях – подъём гирь от колебаний сезонной температуры в месте установки часов.

А что обеспечит часам точность?

Хиллис рассмотрел не один десяток вариантов и пока склоняется к комбинации очень медленного механического осциллятора с солнечным корректирующим механизмом.

Солнечный регулятор (фотографии Long Now Foundation).

О последнем известно мало (хотя он и был построен). Ясно только, что луч солнца должен раз в год попадать через огромную цилиндрическую наклонную линзу на специальный узел, вносящий поправку в ход часового “сердца”. Поскольку никакой электроники и, стало быть, фотодатчиков тут и быть не может, предполагаем, что тут использовано термическое расширение чувствительного элемента.

Ещё одной интересной деталью является астрономический корректор, который на протяжении тысяч лет исправно вносит поправку на рассогласование времени астрономического (по Солнцу) и гражданского (по принятому календарю).

Делает он это чисто механически — создатели часов выточили из цельного куска металла хитроумной формы массивный кулачок, который через систему рычагов сдвигает что-то в недрах “механического компьютера”. Кулачок этот крайне медленно поворачивается вокруг своей оси самими же часами.

Кулачок “уравнения времени” (вверху) (фото Long Now Foundation).

Форма этой детали является материализацией уравнения времени, в котором и учтена астрономическая поправка. Так что круглые числа на циферблате (02100, 02200 и так далее) будут отмечены стрелкой точно тогда, когда и человечество отпразднует приход этих примечательных дат.

Кстати, вы обратили внимание на то, как в этом тексте написаны годы? Так принято у Long Now.

Пусть никто из ныне здравствующих участников проекта не доживёт до первого “ку-ку” 10-тысячелетних часов (оно ведь должно раздастся только в 03000-м году), таким нехитрым способом уже сегодня можно приобщиться к куда более масштабному измерению времени, нежели общепринятая датировка. Это своего рода психологический трюк и “фишка”, помогающая понять замысел “Хиллиса и Co”.

Chime Generator — механизм, который должен управлять музыкальным боем в часах. Благодаря сочетанию большого числа звёздочек с хитрыми вырезами, этот “генератор” порождает 3,5 миллиона комбинаций звуков колоколов. Так что за всё время жизни ультрадолговечных часов в них никогда не повторится мелодия. Данный прототип Chime Generator изготовлен из алюминия, стали и латуни, но окончательный, гораздо больший механизм для 10-тысячелетних ходиков должен быть выполнен из монеля с колоколами из литой бронзы (фото и иллюстрация Long Now Foundation).

Доживут ли сами часы до первого своего “концерта” — другой вопрос. Пусть массивный и неплохо продуманный, но всё же механизм, представляется куда более хрупкой вещью, нежели, к примеру, Великие египетские пирамиды.

А как известно, всё боится времени, но время боится пирамид.

В споре же Хроноса с 10,000 Year Clock победителя будет выявить не так то просто. О, разумеется, в рамках первых 10 тысячелетий. Но мы на стороне разума. И эмоций.

“Я знаю, что я часть истории, которая началась задолго до того, что я могу вспомнить и продолжится намного дольше того времени, когда хоть кто-то будет помнить меня. Я чувствую, что я живу во время важных перемен, и я чувствую ответственность, хочу убедиться, что перемены эти – к лучшему. Я сажаю жёлуди, зная, что не доживу, чтобы увидеть “урожай” дубов”. Дэниэл Хиллис.


Июль 28 2008

Японцы сконструировали робота-леща

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 18:05

Японцы сконструировали робота-леща

28 июля 2008


Приплыла к нему рыбка, спросила: “Старче, не пора ли аккумуляторы зарядить, а?” (фото с сайта robot.watch.impress.co.jp)

Научные исследования под водой и биологическая разведка — вот основные задачи, выполнение которых японские учёные надеются однажды возложить на рыбу-робота, созданную в университете Китакюсю (University of Kitakyushu).

Прообразом на этот раз послужил морской лещ. Его робототехническая копия обладает внушительными размерами, весом в семь килограммов и реалистичным внешним видом. От студентов, пришедших поглазеть на плавающего в аквариуме робота, только и слышалось: “Она настоящая?” Ещё бы, ведь “лещ” даже выпускает пузырьки воздуха!

Правда, приглядевшись повнимательнее, можно заметить, что машинку выдают неподвижные передние, спинной и брюшной плавники — работает только хвост, за счёт которого “рыба” и плавает.

Ясно, что наматывать круги в цилиндрическом аквариуме, — дело нехитрое. Но ведь это, быть может, только начало большого пути (фото с сайта robot.watch.impress.co.jp).

Полностью заряженного аккумулятора хватает на 80 минут непрерывной работы. Инженеры отмечают очень тихо работающие электродвигатели, что немаловажно для разведчика, точно так же, как и “маскировка”, позволяющая не распугивать живых обитателей глубин.

Конечно, данный прототип во всех смыслах сырой. Мы видали более продвинутые версиипримитивные тоже), однако столь натуралистично ни одна из них, пожалуй, не выглядит. Хотя в этом заслуга скорее не инженеров, а художников, раскрасивших робота вручную.

Впрочем, один из создателей “леща”, профессор Икуо Ямамото (Ikuo Yamamoto), говорит, что у его детища всё впереди: вот как оснастят его всякими камерами и датчиками да как забросят в море синее… И океанографические исследования пойдут по-новому.

Заявлено, что робот-лещ обладает балластной системой, аналогичной тем, которые используются на подводных лодках для корректировки плавучести и глубины (фото с сайта robot.watch.impress.co.jp).

Читайте также о виртуальных рыбах, что учат людей гидродинамике, об аквариумных рыбках, получивших контроль над роботами, и о живой рыбе, обитающей в мёртвых компьютерах.


Июль 28 2008

Спутники NASA выяснили причину полярных сияний

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 17:59

Спутники NASA выяснили причину полярных сияний

28 июля 2008


Группировка “Фемида” включает в себя пять спутников. Один из них вы можете видеть (иллюстрация NASA).

Американские астрофизики разрешили загадку магнитных возбуждений, лежащих в основе одного из самых красивых и необычных природных явлений – полярного сияния.

Учёные надеются, что полученные данные помогут не только лучше понять этот феномен, но и разработать новые варианты защиты спутниковых и космических систем связи.

Магнитное поле Земли находится под постоянным давлением космического излучения и защищает нашу планету от заряженных частиц (в основном солнечного происхождения).

Однако часть частиц всё же прорывается в атмосферу, образуя так называемые магнитосферные суббури (substorms). Именно они порождают яркие картины свечения верхней атмосферы Земли.

Суббуревая активность может быть достаточно опасной для космических и даже наземных коммуникаций. Однако до сих пор не удавалось выяснить, что является причиной её возникновения и как она протекает.

Для изучения этого явления в 2007 году NASA вывела на орбиту спутниковую группировку “Фемида” (THEMIS). А в феврале 2008 года с её помощью удалось подробно зафиксировать соответствующие колебания магнитного поля.

Слева: внезапный выброс солнечной энергии и соответствующее искривление линий магнитного поля вызывают полярное сияние. Справа: визуализация суббури (иллюстрации NASA).

Проанализировав данные, полученные со спутников, международной группе исследователей удалось наконец пролить свет на причины этого явления.

По мнению руководителя проекта Вассилиса Ангелопулоса (Vassilis Angelopoulos), штормы зарождаются на “ночной” стороне Земли. Всё начинается с разрушения (пересоединения) силовых линий магнитного поля (magnetic reconnection) в результате внезапного и резкого увеличения давления солнечного ветра.

Магнитное поле выступает в данном случае в качестве эластичного жгута, который, изогнувшись, растянувшись и выпрямившись обратно, выбрасывает в нашу сторону часть захваченных высокоэнергетических частиц.

Другой лагерь учёных считает, что суббури являются не следствием, но причиной пересоединения линий магнитного поля. А теперь они “поражены” тем, что это явление можно предсказать не ранее, чем за час, – слишком короткий срок для какой бы то ни было реакции (иллюстрации NASA).

В принципе, о явлении пересоединения было известно уже давно, однако, по словам доктора Ангелопулоса, его впервые удалось напрямую увязать с полярными сияниями. То есть данные с ” Фемиды” помогли установить, что именно пересоединение лежит в основе суббуревых явлений.

“По этому поводу учёные спорили несколько десятилетий”, — говорит Лэрри Пэкстон (Larry Paxton) из физического лаборатории университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory).

Рейнер Фридель (Reiner Friedel) из Лос-аламосского центра (Los Alamos National Laboratory) согласен с тем, что полученные сведения об авроральных явлениях очень важны, но отмечает, что за последние сорок лет не наблюдалось двух похожих суббурь и выводы обобщающего характера делать пока рано.

Подробный отчёт об открытии опубликован в журнале Science.

Читайте также о магнитных жгутах, питающих полярные сияния, или о наземной установке, которую военные планируют использовать для борьбы с космическим излучением.


Июль 26 2008

Тактильные иллюзии расширили границы самообмана мозга

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 21:36

Тактильные иллюзии расширили границы самообмана мозга

Это бесспорно яркое открытие: в сфере тактильных ощущений, оказывается, возможно создание иллюзий, по своим законам удивительно сходных с иллюзиями зрительными. Каков общий механизм таких “фокусов”? Учёные только приоткрывают завесу тайны.
Необычный опыт поставила группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT), Гарварда (Harvard University) и университета Макгилла (McGill University).

Одни из самых интересных зрительных иллюзий — неоднозначные образы, восприятие которых зависит от направления взгляда и кучи других вещей вплоть до усталости мозга (то есть — длительности просмотра картинки). Вы наверняка знакомы с такими эффектами, когда линии или пятна на изображении начинают двигаться, или когда “выпуклые” кубики на картинке становятся “ямками”, и так далее.

Кристофер Мур считает, что интерпретация мозгом увиденного или ощупанного зависит от контекста, потому мы “обманываться рады” (фото MIT).

Один из авторов новой работы, Кристофер Мур (Christopher Moore) из Массачусетского технологического, поясняет её центральную идею: “Наиболее известные иллюзии связаны со зрением. Но мы заинтересованы в раскрытии общих принципов восприятия и хотели бы убедиться в том, что аналогичные иллюзии могут иметь место в тактильной сфере”.

Для этого экспериментаторы решили создать тактильную версию одной известной зрительной иллюзии — движущегося квартета. А заключается она в следующем.

В двух противоположных углах воображаемого квадрата размещаются две большие чёрные точки. С довольно высокой частотой точки эти меняют схему своего расположения: левый верхний плюс нижний правый угол на правый верхний плюс нижний левый.

Людям кажется, что точки движутся вперёд-назад либо по горизонтали, либо по вертикали.

Но интересно: после одной-двух минут просмотра большинство наблюдателей сообщает о том, что направление движения сменилось с вертикального на горизонтальное, или наоборот. Более того, точки могут начать двигаться по кругу, по часовой стрелке или против. Попробуйте сами.

Как правило, вначале точки скачут только в одном направлении, но позже — начинают бегать и вверх-вниз, и вправо-влево. А ещё можно попробовать усилием воли менять направление их прыжков по желанию (иллюстрация MIT).

Поскольку происходит всё это лишь в нашей голове, данная иллюзия (как и множество других причуд восприятия зрительных образов) очень интересует нейрофизиологов.

Авторы опыта воспользовались приборчиком, изначально созданным в качестве дисплея Брайля. Это сантиметровый квадратик, заполненный 60 пьезоэлектрическими актуаторами (аналогами пикселей в обычных дисплеях), способными “поставлять” на кончик пальца любые картинки, передаваемые ему с компьютера.

Группе добровольцев предложили ощутить пальцами тот самый “движущийся квартет”. И что же?

Испытуемые сообщили, что чувствуют в точности тот же самый эффект, как и при восприятии данной иллюзии глазами!

Точки, которые на самом деле просто переключались между фиксированными позициями, казалось, двигались по вертикали или по горизонтали. Смена же направления этих прыжков происходила в среднем два раза в минуту.

Группа учёных под руководством Винсента Хейварда (Vincent Hayward) из центра интеллектуальных машин канадского университета Макгилла (McGill Centre for Intelligent Machines) разработала и построила целую серию миниатюрных дисплеев Брайля, воздействующих на кожу “зрителя”. Именно одним из изделий канадцев и воспользовались Мур и его коллеги для создания тактильных иллюзий (фотографии с сайта cim.mcgill.ca).

Далее опыт усложнили. Вместо классического переключения пары точек, авторы ввели в картинку настоящее движение — за счёт последовательной активации ряда этих тактильных пикселей.

Испытуемым дали время адаптироваться к восприятию действительно бегающих взад-вперёд (по горизонтали или вертикали) точек. А потом переключили дисплей Брайля обратно на воспроизведение обычной иллюзии – того же движущегося квартета, что и раньше.

Оказалось, что теперь сила иллюзии выросла. И точки в восприятии людей начинали скакать попеременно в ортогональных направлениях.

Учёные полагают, что этот трюк мозг непроизвольно проделывает в ходе регулярной “перекалибровки” своего восприятия окружающего мира. Но тонкости процесса – неясны.

Любопытно, что в ходе ещё одного теста воспроизведение мигающих точек прерывалось на три секунды.

Так учёные выяснили, что большинство испытуемых и после перерыва ощущает точки как движущиеся в том же самом направлении, что и до паузы. А это значит, что принятая ранее мозгом интерпретация неоднозначного образа как-то сохраняется на некоторое время в памяти.

Самое же главное — все эти “обманки” мозга работают с тактильным восприятием, а значит, являются более общим правилом или механизмом, нежели просто особенностью восприятия визуального.

Ещё один автор эксперимента с бегающими точками — Талия Конкле (Talia Konkle) из Массачусетского технологического. Талию интересуют пространственное восприятие и влияние на него памяти, “обработка” мозгом объектов и сцен. Она пишет, что понимание этих механизмов поможет в будущем найти более оптимальные способы представления визуальной информации на экранах различных устройств (фото MIT).

Более того, авторы эксперимента поставили ещё одну версию своего опыта с движущимся квартетом.

На этот раз испытуемых просили двигать глазами одновременно с восприятием точек на тактильном дисплее. Двигать надо было либо по вертикали, либо по горизонтали — на выбор.

И тут выяснилась удивительная вещь — кажущиеся движения точек под кончиками пальцев начинали совпадать с реальным движением глаз. А если добровольцы при этом наклоняли голову на 90 градусов, — направление скачков точек в тактильной иллюзии тоже менялось.

Это подтверждает глубокую связь между визуальным и тактильным восприятием и моторикой. Кстати, буквально на днях другая группа учёных установила, что “контактное зрение” позволяет видеть лучше. То есть предмет, до которого мы дотрагиваемся, лучше воспринимается и визуально.

Из подобных кусочков мозаики исследователи и составляют картину того, как наш мозг обрабатывает поступающую по разным каналам информацию и, главное, совмещает её между собой.

Несмотря на десятилетия экспериментов, тут многое ещё предстоит выяснить. Даже в тех же прыгающих точках (неважно – визуальных или тактильных).

Талия Конкле, один из авторов нового опыта, говорит: “Мы пока не понимаем, что происходит в мозге во время этой иллюзии. Но мы думаем, что она станет полезным инструментом для лучшего понимания сходства между различными механизмами восприятия и для изучения того, как все они работают совместно”.


Июль 26 2008

Миндалина поможет стать смелым за несколько дней

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 21:36

Миндалина поможет стать смелым за несколько дней

Страх – важнейший инструмент естественного отбора, а умение в нужный момент убежать – залог успешной выживаемости. Некоторые возразят, что, мол, необходимо тренировать силу воли. Но учёные выяснили: многие боязни и фобии “прошиты” в нас на генетическом уровне. Не беда! С этим можно будет бороться, воздействуя на головной мозг с помощью точечной терапии.
По одной из традиционных версий, в основе страха лежит осознание конечности своего существования. А также его туманности. Просто-таки гамлетовская ситуация: “когда бы страх чего-то после смерти, – безвестный край, откуда нет возврата земным скитальцам, волю не смущал”.

Однако успехи молекулярной биологии постепенно приоткрывают эту мистическую завесу. Современное ощущение риска и опасности – цепочка химических реакций в различных отделах мозга.

Размер миндалевидного тела предположительно связан с агрессивным поведением – то есть с “отвязанностью”. Кстати, у мужчин после кастрации оно сжимается более чем на 30% (иллюстрация с сайта howstuffworks.com).

Начинается эта цепочка с появления внешнего раздражителя, а на конце её – производство необходимых для повышенной концентрации химических соединений: сердце начинает биться чаще, лёгкие работают в более продвинутом режиме, мышечные массы напрягаются, ну и так далее.

В нейрофизиологии эта реакция обычно называется бей-или-беги (fight-or-flight). Организм таким образом даёт возможность либо быстро убежать, либо резко и более внушительно намекнуть противнику в правый глаз.

Раньше это, конечно, было более актуально, но и теперь чувство страха не потеряло своего значения. Не просто так возникают фобии.

Если одна вредная дверная ручка постоянно бьётся током, вы волей-неволей будете находиться в состоянии повышенного напряжения, берясь за неё.

В страхе нет ничего противоестественного. Наоборот, это обусловленная длительным эволюционным путём мгновенная активизация ресурсов организма. Он предупреждает о возможной опасности и позволяет сосредоточить внимание на её источнике (иллюстрация с сайта howstuffworks.com).

Есть и более сложный уровень: боязнь высоты или самолётов, например, формируется априори — находиться на краю пропасти действительно рискованно, а об авиапроисшествиях регулярно и со всеми ужасающими подробностями сообщают в новостях.

Учёные уже давно начали собирать воедино головоломку панических ощущений, нацелившись на детальное описание биохимических процессов, лежащих в их основе.

А они достаточно сложны и запутанны. Настолько, что зачастую, переступив тонкую грань физиологической необходимости, страх превращается в фобию или в навязчивое состояние.

Тем не менее все “дороги страха”, по мнению большинства учёных, ведут в гипоталамус. А важнейшую роль в формировании реакции этого координатора гормонального обмена играет миндалевидное тело (corpus amygdaloideum).

Развитие страха определяется двумя нейронными путями. Первый отвечает за развитие основных эмоций, реагирует быстро, но сопровождается большим количеством ошибок. Второй реагирует медленнее, но более точно (иллюстрация с сайтов pspsps.tv, howstuffworks.com).

Ранее исследования уже показывали, что эта подкорковая мозговая структура играет важную роль в процессе, известном как подавление страха. Но сам механизм оставался как бы чёрным ящиком: было непонятно, какие именно кластеры клеток ответственны за реакцию возбуждения.

Новые методы исследований помогли приблизиться к разгадке: катализаторами являются, скорее всего, так называемые вставочные нейроны (или вставочные клеточные массы амигдалярного комплекса – intercalated neurons), которые и ответственны за преодоление страха.

Американские учёные обнаружили в мозге подопытных крыс особые клетки, которые позволяют им побороть страх и тревогу.

“Полученные нами данные свидетельствуют о том, что мы не можем забыть наш страхи, но зато есть шанс научиться не бояться вызывающего страх раздражителя”, — говорит руководитель исследования Дэнис Паре Denis Paré из университета Рутгерса (Rutgers University).

Разрушение миндалины приводит к изменениям внутригрупповых отношений у горилл. Самцы, ранее занимавшие высокое положение в группе, переходят в подчинённое – дикие хозяева джунглей превращаются в ручных животных (фото с сайтов primatediaries.blogspot.com, nationalzoo.si.edu, mongabay.org, pulitzercenter.org).

Паре и его коллеги продемонстрировали важность вставочных нейронов, проводя тренировки грызунов по Павлову: когда их бил слабый электрический ток, это сопровождалось определённым сигналом.

Возникали условные рефлексы, которые учили крыс бояться этого звука, и, услышав его, они на несколько секунд в ужасе замирали на месте.

Во втором раунде исследователи тоже использовали контрольный сигнал, но уже, как водится, без электросудорожной терапии.

А на следующий день после окончания “тренировок” группа использовала лекарства-мишени для нейтрализации вставочных нейронов у половины подопытных крыс.

По словам Грегори Куирка (Gregory Quirk) из медицинской школы университета Пуэрто-Рико (University of Puerto Rico School of Medicine), полученные группой Паре данные могут помочь фармацевтам разработать новые препараты для лечения фобий и навязчивых состояний, вызванных страхом (thinkcreatedesign.wordpress.com).

Неделю спустя животные с неповреждёнными нейронами привыкли к тому, что воспроизведение контрольного звука больше не связано с раздражителем и стали жить как ни в чём не бывало. А вот те особи, клетки которых были поражены, продолжали бояться и в ужасе застывали, каждый раз ожидая удара током.

Результаты эксперимента подтвердили предварительные догадки о том, что локализованные кластеры миндалины играют важную роль в формировании механизма нейтрализации (угашения) воспоминаний (extinction memories).

Механизм этот состоит в том, что с течением времени при отсутствии раздражителя реакция на него становится селективной.

Андреас Люти (Andreas Lüthi) из института биомедицинских исследований Фридриха Мишера (Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research) считает, что это “важное и элегантное” исследование наглядно демонстрирует роль вставочных нейронов в торможении страха (fear inhibition).

Такая детализация биохимического комплекса, в свою очередь, делает возможной разработку точечных препаратов для регуляции работы отдельных клеток головного мозга.

Авторы работы считают, что человека с неврозом можно будет привести в нормальное состояние буквально за несколько дней – именно столько занимает нейтрализация воспоминаний посредством миндалевидного тела в естественных условиях.

Лобноглазничная кора (orbitofrontal cortex) помогает нам принимать решения и следить за навязчивым влечением – например, за склонностью к риску в азартных играх. Сэмюел Чемберлен (Samuel Chamberlain) из Кембриджа (University of Cambridge) считает, что физиологически основания панических состояний стоит искать именно там (иллюстрация с сайта sciencemag.org/Paul Wicks).

Но, с другой стороны, остаются неясными побочные эффекты такого “сфокусированного” воздействия. Да и в том, что за панические неврозы отвечает лишь corpus amygdaloideum, тоже уверенности нет.

Например, ещё в одном исследовании, опубликованном в журнале Science, панические состояния связывают с другой областью мозга. Соответственно, и “лечить” их надо будет по-другому.

В общем, простор для открытий остаётся немаленький, но к решению многих задач, ранее казавшихся фантастическими, наука уже приблизилась вплотную.

К примеру, к перспективным методам борьбы с посттравматическим стрессом или навязчивыми состояниями.


Июль 25 2008

Тяжёлую депрессию лечит глубокая электростимуляция мозга

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 00:18

Тяжёлую депрессию лечит глубокая электростимуляция мозга

24 июля 2008


Изображение зоны, в которой проводилась электростимуляция (иллюстрация Stéphane Kremer et al.).

Учёные-медики из исследовательского коллектива под руководством доктора Андреса Лозано (Andres M. Lozano) из университета Торонто (University of Toronto) открыли способ лечения тяжёлых форм депрессии с помощью воздействия электрического тока на определённый участок мозга.

Одним из наиболее распространённых во врачебной практике способов лечения депрессии, как правило, является медикаментозный. Однако он не лишён ряда недостатков. Применяемые препараты зачастую имеют значительные побочные эффекты и противопоказания. Кроме того, в ряде случаев тяжёлая депрессия вообще не поддаётся коррекции с помощью лекарств.

В связи с этим исследователи из группы Лозано ещё с 2002 года занимаются разработкой нового терапевтического метода лечения. Его суть заключается в воздействии на часть перешейка поясной извилины — зоны головного мозга, находящейся достаточно глубоко.

Этот участок, согласно данным учёных, играет существенную роль в регуляции эмоций человека и, таким образом, связан с развитием депрессивных состояний.

Для стимуляции перешейка медики вживили пациентам электроды, через которые стали пропускать слабые импульсы электрического тока. Опыт продолжался в клинических условиях на протяжении 12 месяцев.

Согласно данным, опубликованным в издании Biological Psychiatry, для лечения, имеющего пока что экспериментальный статус, результат получился впечатляющим: из двадцати испытуемых значительное улучшение диагностировано у двенадцати. Причём у семи из них отмечена полная ремиссия (выздоровление).

Учёные планируют провести повторную серию экспериментов с новой группой пациентов. Однако о внедрении методики в широкую практику пока ничего не говорится.

Некоторое время назад другая исследовательская группа сообщила о лечении депрессии с помощью магнитно-резонансного сканирования, но об использовании такого лечения в медицине пока что ничего неизвестно.

К слову, электростимуляция мозга способна и до призраков довести. Но если всё идёт нормально, внедрение электродов может улучшить работу повреждённого мозга, вырубить боль и даже научить действовать силой мысли.


Июль 22 2008

Учёные придумали навигационную систему для Луны

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 17:42

Учёные придумали навигационную систему для Луны

22 июля 2008


В арсенале у астронавтов должен оказаться компактный прибор, показывающий их движение по неизведанным просторам ночного светила. Поодаль видны (слева направо): лунная база, маяки и астронавт, посадочный модуль (иллюстрация researchnews.osu.edu).

Когда астронавты вернутся на Луну, им потребуется оригинальная система навигации, способная с высокой точностью показывать их перемещения (в том числе — на борту луноходов) по поверхности естественного спутника Земли. Именно такой комплекс разрабатывают сейчас в университете Огайо (Ohio State University).

Вокруг Луны не летают спутники GPS, так что отправляясь в исследовательские путешествия поодаль от посадочной площадки, люди могут рассчитывать лишь на визуальные ориентиры, чтобы фиксировать, где они находятся и каким путём нужно возвращаться.

Такое “спортивное ориентирование” не очень-то удобно, да и опасно. Специалисты из Огайо напоминают об инцидентах в ходе последних миссий Apollo, когда из-за пересечённого рельефа астронавты не могли найти “целевой” кратер, хотя находились неподалёку от него и были вынуждены вернуться к кораблю, боясь попросту заблудиться.

Потому в 2019 году, когда человек после долгого перерыва вновь ступит на поверхность Селены, у новоявленных исследователей должна быть под рукой уникальная аппаратура, способная сыграть на Луне роль своего рода GPS, причём — без всяких спутников на окололунной орбите.

Чтобы это стало реальностью, NASA выделило группе профессора Рона Ли (Ron Li), ведущего данный проект, $1,2 миллиона.

В разработке находится удивительный комплекс “Система пространственной ориентации и информации для астронавтов на Луне” (Lunar Astronaut Spatial Orientation and Information System — LASOIS).

Её корни — это софт и аппаратура, разработанные Ли для пары марсоходов, давно и успешно работающих на поверхности Красной планеты в рамках проекта Mars exploration rover. Это датчики, камеры, инерциальные навигационные системы и “умные” программы, позволяющие этим машинам самостоятельно определять своё положение относительно различных местных объектов и составлять карту путешествий.

В состав LASOIS войдут датчики движения, закреплённые как на луноходах, так и на скафандрах астронавтов. Компьютеры будут генерировать точные карты местности, совмещая снимки с орбиты с кадрами, сделанными непосредственно на месте работы астронавтов. В дополнение к этим визуальным ключам и показаниям акселерометров, “умная” система будет ориентироваться на сигналы передатчиков, установленных в посадочном аппарате, а также — на нескольких базовых станциях, разбросанных по окрестностям и в специальных маяках.

Всё вместе это позволит LASOIS с высокой точностью вычислять текущие координаты людей и мобильной техники, выдавая на экраны приборов картинку, сходную с той, что генерируют современные GPS-навигаторы.

“Мы хотим, чтобы астронавты смогли избежать стресса, от постоянного опасения потеряться. Лунная навигация — не просто технологическая проблема, но и биомедицинская”, — говорит Ли.

В проекте также принимают участие Исследовательский центр Гленна (NASA Glenn Research Center), Массачусетский технологический институт (Massachusetts Institute of Technology) и Калифорнийский университет в Беркли (University of California, Berkeley).

Через некоторое время команда Ли намерена показать прототип системы и опробовать её в пустыне Мохаве, а на третий год — предоставить опытный образец LASOIS на суд NASA.

Кстати, последние данные о подготовке США к пилотируемым лунным экспедициям вы можете найти в нашем материале.


Июль 21 2008

Японцы представили робота-ребёнка

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 18:43

Японцы представили робота-ребёнка

3 июня 2008


Пока что создатели роботов-андроидов побаиваются оставлять их один на один с детьми. Но этот мальчуган оказался не из робкого десятка и даже взял своих новых “друзей” за руки (фото Vstone).

26 мая японская компания Vstone представила в Осаке двух новых роботов — белого Vstone Tichno и чёрного Vstone Tichno R. Обе новинки были разработаны за рекордные девять месяцев, что в контексте андроидов-детей ещё и символично.

Эти роботы стали первыми серийными более-менее полноценными андроидами, высота которых превысила один метр. Полный рост новинок от Vstone – 130 сантиметров (вес – 26 килограммов), то есть робот по всем параметрам соответствует ребёнку, обучающемуся в начальной школе.

Ранее, конечно, были показаны весьма крупные гуманоидные роботы, которые танцевали (1 и 2) и рекламировали уксус. Был ещё громадный робот-ребёнок, который “изображал” годовалого малыша. Но ни один из них не был анонсирован как массовый продукт.

А за Vstone Tichno или Vstone Tichno R с покупателя попросят примерно $100 тысяч – совсем немного, если сравнить с другими соответствующими моделями.

Похоже, в силу своих немалых размеров эти роботы уже способны нанести ощутимый ущерб: материальный, моральный, физический. Надеемся, разработчики этого не допустят (фото robot.watch.impress.co.jp).

Отличие чёрного и белого “персонажей” прежде всего в том, что Vstone Tichno R создавали специально для мирового чемпионата по футболу среди роботов RoboCup Japan Open 2007, отсюда разница во внешнем виде. По начинке же андроиды почти одинаковы.

Об автономности Tichno практически ничего не говорится (хотя робот-ребёнок и оборудован сенсорами). Но доподлинно известно, что ручное управление осуществляется с помощью пульта VS-RC003HV, такого же, как у Robovie-X.

Питание машины осуществляет никелевая батарея, расположенная в корпусе. Рама андроида выполнена из алюминия и углеродных материалов, покрыта АБС-пластиком, имеются двух— и трёхкомпонентные акселерометры.

Шея Tichno имеет три степени свободы, талия – одну, по три на каждую руку и пять на каждую ногу. Этого вполне достаточно, чтобы хотя бы попытаться сыграть с японским мальчишкой в некое подобие футбола.

Внешность робота-ребёнка приближена к человеческой (видимо, чтобы не слишком пугать детей). Контуры “лица” выполнены в виде плавных линий, да и сам робот (по крайней мере, пока) скорее игрушка, чем серьёзная машина.

Tichno, конечно, не отличается быстротой движений, но, как отмечает Engadget, то, что есть, вполне соответствует стоимости новинки.

Сами разработчики считают, что их детище станет “тренировочной площадкой” для дальнейших исследований и создания новых андроидов, которые будут обладать большим интеллектом и, как следствие, большими возможностями. Кроме того, Tichno можно “обучить” какой-то определённой функции, которая бы отвечала запросам заказчика машины.

Можете также почитать пресс-релиз Vstone (PDF-документ, 180 килобайт, на японском языке).


Июль 21 2008

Новая компьютерная модель может читать мысли людей

Tag: Новости наукиNewsmaker @ 18:43

Новая компьютерная модель может читать мысли людей

3 июня 2008


Добровольцам демонстрировали чёрно-белые изображения простых предметов, например, “молоток” или “замок”, и понятийных категорий, например, “инструменты” или “жилища”. В ходе эксперимента удалось более чем в 75% случаев правильно определить визуальный образ по “светящемуся” на томографе участку мозга (фото Nature).

Американские учёные разработали программу, которая распознаёт зоны возбуждения головного мозга и связывает их с восприятием различных предметов или понятий. Возможно, в будущем это приведёт к созданию аппарата, угадывающего мысли людей.

В отчёте, опубликованном в журнале Science, Том Митчелл (Tom Mitchell) и его коллеги из университета Карнеги-Меллон (Carnegie Mellon University) утверждают, что на основании установленных закономерностей для одних людей программа предсказывает, о чём думают другие.

Нейрофизиологи уже давно пытаются установить связь между функциональными состояниями центрального органа нервной системы и реакцией на те или иные предметы – то есть между “свечением” определённой зоны коры головного мозга и, например, “мыслями о молотке”.

За последние несколько лет ряд исследований с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (fMRI) выявил закономерности в активизации отдельных областей коры в зависимости от того, какие предметы демонстрируют добровольцам.

Общий принцип действия здесь такой: мозг обрабатывает понятия (”молоток”) или категории понятий (”инструменты”) по-разному – в зависимости от того, как они связаны с сенсорно-моторными функциями.

Подопытных просят думать о каких-то свойствах объекта на картинке, причём в ходе нескольких сессий – эта концентрация последовательно задействует только “свою” часть нейронов.

Такие слова, как “молоток”, например, вызывают свечение зон, ответственных за движение, а такие как “зáмок”, активизируют участки, ответственные за обработку пространственной информации.

Несмотря на ряд значительных подвижек, до сих пор оставались невыясненными два ключевых вопроса. Во-первых, является ли активизация различных участков коры головного мозга единственным индикатором восприятия образов. Во-вторых, – по порядку, но не по значению – схожи ли ассоциации для разных людей. То есть можно ли на основании данных одного человека понять, о чём думает другой.

В ходе эксперимента учёным из Карнеги-Меллон удалось выяснить, что соответствия между объектами на картинках и церебральными возбуждениями возникают не только в коре головного мозга, но и в других его отделах.

На разные предметы мозг реагирует определённым образом – и это фиксирует томограф. В эксперименте принимало участие 12 участников: 8 женщин и 4 мужчины. Картинки им демонстрировались в течение 3 секунд с перерывом в 7 секунд после каждого очередного образа. Что интересно: часть понятий и предметов оказались более “устойчивыми” – то есть люди чаще реагировали на них схожим образом. Более подробный предварительный отчёт об исследовании, содержащий детальное описание условий эксперимента, вы можете найти в открытом доступе в публичной библиотеке PLoS (иллюстрация Mitchell et al.).

Самым же значимым результатом исследования явилось выделение зон активности – нервных структур (neural patterns), – которые возникали как реакция на различные изображения и были общими для большинства подопытных.

Другими словами, если вы детально исследуете соответствующие когнитивные паттерны одного человека, то сможете понять, о чём на самом деле думает другой. По крайней мере с помощью томографа. В общем, “Алиса, миелофон у меня!”

По словам Тома Митчелла, дальнейшая классификация состояний головного мозга, причём различных его отделов, позволит значительно продвинуться в диагностировании и лечении многочисленных типов психических расстройств – с помощью специального “кодирования” нейронов, которые теоретически должны реагировать особым образом в тех или иных ситуациях.

Возможно, вам будет интересно узнать о том, куда в нашем мозге встроена мораль, или о том, как с помощью имплантированных в мозг чипов можно управлять электроникой без помощи рук.


Следующая страница »


Гиппокамп пожилых не запоминает события дня