XCOD.INFO

Синестетики слышат шум на движущейся картинке

Некоторые люди говорят, что “видят” цвет букв или “слышат” звучание красок на палитре. Известны редкие случаи, когда человек чувствовал вкус по форме предмета или же воспроизводил определённые движения, которые, по его мнению, соответствовали тем или иным словам. Но никогда ещё учёные не сталкивались со связкой “движение-звук”.
У людей, страдающих синестезией (а таких около 1% от всех людей на планете), сигналы, поступающие от разных органов чувств, смешиваются.

Как ни странно, такое восприятие не является болезнью или умопомешательством, это лишь другое видение окружающей реальности. От обычных людей синестетики практически ничем не отличаются.

Однако с годами эти смешанные ощущения никуда не пропадают и не меняются, а многие родители даже передают синестезию по наследству.

Любопытно, что некоторые синестетики видят, например, буквы цветными в чёрно-белом тексте, в то время как другие, лишь представив их в голове (иллюстрация с сайта wikimedia.org).

И вот на днях нейрофизиологи из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology — Caltech) обнаружили новую подобную связь: люди слышат звук, похожий на жужжание, при просмотре короткой заставки.

(Статья авторов открытия опубликована в журнале Current Biology).

Данный ролик позволяет проверить эффект на себе:

Изучение этого феномена, возможно, позволит понять истинные причины данного отклонения.

Отметим, что великие умы мира пока не пришли к единому выводу относительно нейрофизиологической основы явления. Однако существует теория, что все люди рождаются синестетиками. Только у одних по мере взросления регионы мозга, отвечающие за те или иные ощущения, “расходятся”, а у других, так и остаются связанными.

Другая популярная теория предполагает, что феномен есть излишний отклик от мультисенсорных участков мозга, где восприятие объектов обычно интегрируется.

Отклик различных регионов коры головного мозга синестетиков фиксировался с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (fMRI) (иллюстрация Saenz et al.).

Мелисса Саенз (Melissa Saenz), нейрофизиолог Caltech, столкнулась с восприятием звука через движущуюся картинку, проводя в своей лаборатории экскурсию для группы студентов старших курсов.

Перед монитором, который был разработан специально для “включения” определённого центра зрительной коры головного мозга, один из студентов вдруг спросил: “Кто-нибудь слышит странный звук?”

Саенз очень удивилась. Оказалось, что молодой человек слышал нечто похожее на свист, хотя картинка не сопровождалась никакими звуковыми эффектами.

После Мелисса так и не нашла ни одного описания подобного вида синестезии в литературе (а по всем признакам это была именно она), но ещё больше удивилась, когда обнаружила ещё троих таких же студентов. Для этого она опросила по электронной почте несколько сотен человек, обучающихся в институте.

“Не слишком навязчивый, но всё же различимый звук, который невозможно игнорировать”, — примерно так описывали молодые люди свои ощущения.

“Одна девушка даже сказала, что её ужасно раздражают заставки на компьютерах. Единственный выход – отвернуться от них”, — рассказывает в пресс-релизе института Саенз.

Такие цвета ассоциируются у пользователя Всемирной паутины El Draque с месяцами года (иллюстрация El Draque).

Чтобы окончательно убедиться в своей правоте Мелисса и заведующий лабораторией Кристоф Кох (Christof Koch), провели тест, в котором четырнадцати студентам была показана серия из двух коротких последовательностей кодов азбуки Морзе. Они не различались или же расходились почти незначительно. Нужно было ответить – одинаковые ли сигналы показаны.

Результат обычных студентов не перевалил за отметку в 55%. В то же время четыре присутствующих синестетика правильно определили, есть ли различия, в 85% случаев. Видимо, из-за того что у них было некоторое преимущество (ведь они ещё и слышали показываемую картинку).

Посмотрев на эти две картинки, можно представить себе, какое значительное преимущество имели четыре студента-синестетика по сравнению с остальными своими товарищами. Сравните, насколько легко найти треугольник из двоек (в чёрно-белом и в цветном варианте), если картинка появилась на экране всего на одну секунду? (иллюстрация Edward Hubbard)

Далее последовательности были проиграны в звуке (без картинки) и в этом случае синестетики не показали каких-либо особо выдающихся результатов по сравнению с контрольной группой (всё те же 85% в обоих случаях).

Проблема в том, что открытый вид синестезии, не подходит ни под одну из ранее выдвинутых теорий. Ведь в данном случае речь идёт не о связи “картинка-звук”, а о смешении восприятия движущегося объекта и звука.

Примеры последовательностей, которые были использованы в тесте 14 студентов, и его результаты (иллюстрация Saenz et al.).

“Впрочем, всё может быть гораздо проще: мозг синестетиков либо очень быстро обрабатывает информацию, либо ему так легче работать. Всем известен тот факт, что куда проще понять слова человека, если при этом следить взглядом за его губами. Вероятно, кора головного мозга всегда смешивает картинку и звук”, — предполагает известный нейрофизиолог Эдвард Хаббард (Edward Hubbard) из французского института INSERM.

Может, именно по этой причине до сих пор данный тип синестезии и не был обнаружен, ведь это так логично связывать быстрое движение и звук, не то, что приписывать цифрам цвета.

Первое немлекопитающее узнало своё отражение в зеркале

21 августа 2008

Сороки Харви (Harvey) и Лилли (Lilly) вели себя по отношению к отражению агрессивно. Смотрите WMV-файл (2,47 мегабайта). На фото: Харви готовится к прыжку (кадр из видео Prior et al.).

Сороки стали первыми немлекопитающими, которые доказали, что способны узнать собственное отражение в зеркале. В общем, сороки имеют не такие уж и птичьи мозги.

Учёные провели множество опытов и выяснили, что подобными способностями обладают млекопитающие, хотя все в разной степени. К примеру, мы писали о капуцинах и слонах. Другие животные чаще всего атаковали зеркало, считая, что перед ними чужаки.

Обыкновенная сорока (Pica pica) относится к семейству врановых. Данный факт в какой-то мере позволяет предполагать, что некоторым интеллектом эти птицы всё же обладают (несмотря на их статус в фольклоре).

Во время исследования, которое провели биологи из университета Гёте во Франкфурте-на-Майне (Goethe Universität, Frankfurt am Main) пять представительниц этого вида были посажены в клетку с двумя отделениями, в одном из которых они могли лицезреть своё отражение.

Для птиц уход за оперением имеет особое значение во многих сферах жизни, может, поэтому они смотрятся в зеркало с таким вниманием (фото Helmut Prior).

Три из пяти птиц провели возле зеркала большую часть времени, прохаживаясь вперёд-назад, заглядывая за непонятный предмет.

Затем их рассадили по отдельным клеткам с зеркалами, а к шее приклеили красный, жёлтый или чёрный стикер (в том месте, где они не смогли бы его разглядеть, не будь перед ними отражения).

Перья в этом месте чёрные, поэтому, к примеру, чёрная наклейка на них не видна (но она была необходима, чтобы подтвердить, что сороки не чувствуют её на перьях).

Эксперимент показал, что две птицы — Голди и Герти (Goldie, Gerti) — попытались оторвать цветные наклейки лапками или клювом. Эти сороки поняли, что перед ними их собственное отражение, а не какое-то другое животное. При этом в клетках без зеркал они не пытались проделать то же самое.

Подобное опознавание своего отражения (пусть лишь у двух из пяти тестируемых) – показатель высшей нервной деятельности, которая предшествует самосознанию и самоанализу у человека, делают вывод учёные в своей статье, опубликованной в журнале PLoS Biology.

Попытка достать наклейку клювом (A) и лапкой (B). Прикосновение к грудке (C), прикосновение к другим частям тела (D) (иллюстрация Prior et al.).

Биологи впервые обнаружили что-либо подобное у птиц. Однако некоторое объяснение этому всё-таки есть: сороки – существа социальные (так же как и приматы, слоны и дельфины), и им необходима хоть какая-то степень понимания себя и своих собратьев. Именно из-за “любознательности” и “наблюдательности” сорок взяли в эксперимент первыми.

Предки птиц и млекопитающих разделились около 300 миллионов лет назад, далее структуры мозга, отвечающие за распознавание себя в зеркале (mirror self-recognition), эволюционировали отдельно. По мнению ведущего исследователя Гельмута Приора (Helmut Prior), появление этого навыка связано с близкими условиями существования в каждом из “обществ”.

Ещё один вывод, который делает Приор: нельзя привязывать этот навык к определённым отделам головного мозга млекопитающих (например к неокортексу), ведь у птиц мозг имеет совершенно другое строение.

Данное открытие также может свидетельствовать о том, что определённая степень самосознания присуща не только млекопитающим и сорокам, но и других живым существам — каким именно, ещё предстоит выяснить.

Читайте также о другом любопытном эксперименте, в ходе которого было доказано, что голуби узнают себя на картинке лучше трёхлетних детей.

Эритроциты впервые созданы в лаборатории

20 августа 2008

Роберт Ланза считает, что современные разработки вполне могут продлить жизнь человека до 180 лет (фото ACT).

Американские учёные с помощью специальной “подкормки” и создания специфических условий вырастили из нескольких линий стволовых клеток человека гемангиобласты, а затем и красные кровяные тельца.

Эритроциты необходимы организму для доставки кислорода тканям и выведения диоксида углерода. До сих пор необходимое их количество можно было получить только из донорской крови. В скором времени, по мнению создателей, об этом можно будет не волноваться.

Статья авторов опубликована в журнале Blood. Разработкой занимались специалисты из компании Advanced Cell Technology, университета Иллинойса в Чикаго (UIC) и клиники Мейо (Mayo Clinic).

Данное достижение повышает шансы получить со временем универсальную кровь, которую можно будет переливать любым пациентам. Отметим, что в природе обладателей так называемой нулевой группы крови всего лишь 8% среди населения белой расы и около 0,3% среди азиатов.

Кроме того, искусственная кровь обладает одним неоспоримым преимуществом – в ней нет болезнетворных организмов, пациентов невозможно заразить вирусами СПИДа и гепатита.

Главный прорыв этой группы учёных состоит в том, что они смогли “заставить” эритроцит утратить ядро в ходе роста из стволовой клетки. Этот естественный процесс никогда не воспроизводился в лабораторных условиях.

“Эксперты говорили, это невозможно. Мы и сами удивились, когда поняли, что это сработало”, — рассказывает ведущий исследователь Роберт Ланза (Robert Lanza).

Вероятно, это стало возможным благодаря тому, что клетки крови выращивались на строме (фиброзной ткани костного мозга).

Тесты показали, что искусственные эритроциты (которые по новой технологии можно получать миллиардами) доставляют кислород не менее эффективно, чем их донорские “собратья”.

Правда, пока существует одно весомое ограничение: группа синтезируемой крови определяется генами стволовых клеток, которые используются в самом начале процесса, а это означает, что и пересадить их можно не каждому пациенту.

Впрочем, и из этой ситуации выход есть: мы писали о нём в этом материале. Что же касается этических ограничений использования эмбриональных стволовых клеток, то здесь поможет перепрограммирование клеток кожи.

Теперь учёным предстоит доказать, что искусственно созданные красные кровяные тельца проживут достаточно долго, чтобы послужить организму пациента (напомним, средняя продолжительность жизни “родных” эритроцитов человека около 120 дней).

Кстати, Роберт Ланза знаком читателям “Мембраны”: это его команда получила стволовые клетки без повреждения эмбриона, вылечила мышь с помощью клонированных клеток и помогла слепым крысам с помощью эмбриональных стволовых клеток человека. Ну а компания Advanced Cell Technology прогремела на весь мир семь лет назад, заявив о создании первого человеческого эмбриона путём клонирования.

Узнайте также о кровеносных сосудах из кожи лосося, компактном искусственном сердце, искусственном аналоге кожи, первом в мире аппарате искусственного пищеварения и искусственной же почке, носимой на поясе.

Кстати, кровь крокодила может не только защитить человека от инфекций, но и помочь в создании более совершенного гемоглобина.

Самая маленькая батарейка получилась из вируса

20 августа 2008

Обычные батареи по мере уменьшения размера могут хранить всё меньше и меньше энергии и в конечном итоге становятся неэффективными. Новый элемент работает при помощи генетически модифицированного вируса М13 (фото Nam et al./PNAS).

Американские учёные создали новую батарею, где в роли оболочки может выступать вирус диаметром всего несколько нанометров.

Такой источник питания можно методом штамповки нанести на любую электропроводящую поверхность, что открывает новые возможности в создании миниатюрных электронных устройств – например, для точечной доставки лекарств в организм.

Когда речь заходит о нанотехнологиях, обычно возникает ряд проблем, в первую очередь связанных со сложностью и дороговизной соответствующих гальванических элементов – роботам и прочим девайсам надо чем-то питаться!

Несколько лет назад физики обратили свой взор на паразитические частицы, которые, с одной стороны, живут при комнатной температуре, а с другой – могут образовывать весьма сложные наноразмерные структуры.

Мы уже писали о профессоре Анжеле Белчер (Angela Belcher) из лаборатории биомолекулярных материалов при Массачусетском технологическом институте (MIT Biomolecular Materials Laboratory) и её разработке – экспериментальной аккумуляторной пластине из оксида кобальта (это один из основных материалов для литиево-ионных батарей).

Тогда, напомним, учёные использовали “прилипательные” свойства бактерий и с их помощью сформировали пористую поверхность у электрода – от этого напрямую зависит удельная ёмкость и мощность батареи.

В итоге удалось запасти в два раза больше энергии, но вот создать интерфейс для взаимодействия элемента с проводником не удалось. Грубо говоря, накопленную энергию никак нельзя было использовать.

На сей раз доктору Белчер и её коллегам удалось создать шаблон-подложку из полидиметилсилоксана (polydimethylsiloxane — PDMS), широко применяемого органического полимера на основе кремния, и закрепить на ней вирус, который, в свою очередь, может служить матрицей для электродов.

Вот как в общих чертах проходил эксперимент.

Подложку PDMS толщиной в пять микрометров покрыли чередующимися слоями положительно и отрицательно заряженных электролитов.

Получился своеобразный колпачок высотой 150 нанометров, в который и “вживили” вирус – причём не простой, а модифицированный.

Посредством генной инженерии биочастице были сообщены такие свойства, что на её внешней оболочке находятся отрицательно заряженные аминокислоты – что и стимулирует “прилепляемость”.

Диаметр вируса – шесть с половиной нанометров, длина – до нескольких сотен нанометров. На поверхности гальванического элемента вирусы “упакованы” завитушками, подобными узору на кончиках пальцев. По утверждению разработчиков, это самая маленькая из существующих батареек (Nam et al./PNAS).

Затем всю конструкцию погрузили в раствор из ионов кобальта, взаимодействуя с которыми вирусы формируют миниатюрные батарейки.

По словам разработчиков, их главный успех – возможность наносить “вирусный” аккумулятор на любую проводящую поверхность – слой платины, например.

Для этого шаблон особым образом проштамповывается на поверхности, а потом PDMS-основа отслаивается – и получаются маленькие точечные гальванические элементы.

“Мы стали первыми, кому удалось проштамповать батарею”, — радуется Пола Хаммонд (Paula Hammond), одна из участниц проекта.

С успехом американских учёных согласен и Ян ван Хест (Jan van Hest) из Центра молекулярных исследований в Неймегене (Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences). Однако, по его мнению, лишний слой, который добавляется при штамповке вирусных батарей, может сузить область применения наномеханизмов и снизить их эффективность.

Читайте также о бактерии, встроенной в электронный чип, и о прототипе биологического компьютера.

Крысы оценивают свою уверенность в принятии решений

12 августа 2008

Опыты на крысах свидетельствуют — оценка уверенности является фундаментальным компонентом принятия решения, — так полагают авторы новой работы (фото с сайта current.com).

Опыты с грызунами показали, что они разделяют с нами одну особенность, ранее, как считалось, свойственную только человеку разумному или, максимум, приматам: судить о степени собственной уверенности в том, что ты знаешь или о неуверенности в чём либо. Таков результат эксперимента, поставленного в американской лаборатории Cold Spring Harbor.

Учёные ведут речь о том интуитивном чувстве убеждённости (или отсутствии такового), которое сопровождает принятие решения, основанного на наших знаниях. Вы можете повернуть на перекрёстке в поисках определённой цели и спокойно продолжить путь, будучи убеждённым, что выбрали правильное направление или можете двигаться, поминутно задавая себе вопрос — “А не ошибся ли я”?

Такое суждение о собственной уверенности, как считалось, есть универсальный человеческий опыт (и, может быть, ещё только человекообразных обезьян), одно из сложных свойств самосознания. Однако, эксперимент на крысах показал, что формирование данного ощущения — куда более общее свойство мозга, которое присуще не только приматам, но и другим животным.

В ходе опыта учёные натренировали крыс различать пропорции двух веществ в смеси (по запаху, в котором крысы — настоящие знатоки). Если зверёк верно “называл” преобладающий компонент, то получал награду.

Пропорции смеси выдавались самые разные, тем самым можно было манипулировать сложностью выбора. При этом исследователи фиксировали активность нейронов в орбитофронтальной коре головного мозга (этот участок существует как у крыс, так и у людей).

Оказалось, что данная область была намного более активна в случае затруднённого раунда испытаний (когда пропорции двух веществ были примерно равны), а при лёгком выборе (один из компонентов явно преобладал) — оставалась более спокойной.

“Эти нейроны, как представляется, активировались, после того, как крыса делала выбор, показывая, насколько не уверено животное в том, что оно вот-вот получит вознаграждение, — пояснил один из авторов исследования Закари Майнен (Zachary F. Mainen), — Мы изучили несколько альтернативных версий, но обнаружили, что лучшее объяснение: эти нейроны сигнализируют о степени доверия животного к собственному решению”.

“Наши результаты показывают, что для мозга оценка доверия к выбору является не более сложной, чем расчёт самого выбора”, — добавляет его коллега Адам Кепекс (Adam Kepecs).

Чтобы узнать, как влияет это чувство на поведение крыс, экспериментаторы поставили второй опыт, в котором основные условия были теми же самыми, но теперь между выбором крысы и получением (или неполучением) награды было введено некое время ожидания, в ходе которого у зверька была возможность отменить только что выбранный ответ и начать тест заново.

Оказалось, что степень неуверенности в первом ответе чётко коррелирует с вероятностью, что крыса отменит его и предпримет новую попытку. Соответственно, при высокой уверенности в выборе животное спокойно ждало вознаграждения.

А это значит, что крысы не только могут рассчитывать степень уверенности в принятом решении, но и использовать её для изменения последующего поведения.

Учёные полагают, что нашли механизм, общий для всего животного мира, а не только для “сапиенсов”. Детали исследования можно найти в статье его авторов в журнале Nature.

Кстати, животные далеко не первый раз преподносят людям сюрпризы, заставляющие задуматься, так ли ясна и однозначна граница между разумными и неразумными видами.

К примеру, ранее мы рассказывали о том, что обезьяны тоже способны представлять будущее, макаки-резус — вычислять сумму вероятностей и думать о собственном мышлении, сойки способны строить предположения, а вороны — использовать набор инструментов и логику. А ещё учёные выяснили, что белки умеют обманывать.

Полуживой робот с биологическим мозгом приоткроет тайны сознания

Британцы построили робота по имени Гордон (Gordon), который управляется исключительно конгломератом из десятков тысяч крысиных нейронов. Жутковатая смесь живой материи и железа заставляет задуматься над вопросами: “Что есть мысль?” и “Что есть память?” Ведь сфера данного опыта вовсе не робототехника, а нейронаука.
При помощи этой необычной машины исследователи намерены лучше понять, как формируются воспоминания в мозге живых существ и как происходит обучение.

Так что крысобот Gordon – это не новейшая разведывательная система или прообраз ужасных киборгов будущего, а опытная площадка, которая должна оказаться куда более интересной (и полезной) для биологов, нежели для инженеров-компьютерщиков.

Одна из ключевых фигур проекта — профессор Кевин Уорвик (Kevin Warwick) из университета Рединга (University of Reading).

Кевин — всемирно известная личность (иной раз — скандально известная). Он является руководителем группы, создавшей в своё время немало экзотических кибернетических систем.

Кевин Уорвик — пионер исследований по интеграции электроники и живых систем; первый “киборг”, внедривший себе микрочип, напрямую связавший учёного с бытовой техникой в его доме; пропагандист широкого внедрения чипов-имплантатов и автор ряда работ, предрекающих “восход” расы разумных роботов и возможную печальную судьбу самого человечества (кадр University of Reading).

Gordon выступает новобранцем в этой экспериментальной армии. Его мозг представляет собой специальное устройство, в котором живут и развиваются (благодаря питательной среде) крысиные нейроны.

Заметим, Gordon — не первый бот с крысиными нейронами. К примеру, мы рассказывали о крошке Hybrot ещё в 2003 году. И в том же году создатели Hybrot построили киборга-художника, рисовавшего картины, которые “снились” крысиному мозгу, помещённому в чашку Петри.

Новый британский робот с армией живых нейронов вместо мозгов (в руке исследователя — устройство для их размещения) можно назвать искусственно созданным живым существом. С известной натяжкой, разумеется (фото University of Reading).

Другое дело, что каждый раз отличны детали реализации замысла.

Например, нужно упомянуть общее число включённых в Гордона живых нейронов: их там насчитывается от 50 до 100 тысяч!

А это не просто рекорд. Столь внушительное количество позволяет говорить о качестве эксперимента, о том, что можно будет извлечь из наблюдений за таким “существом”.

Нейроны для робота учёные получили из эмбрионов крыс. Клетки разъединили при помощи раствора ферментов и высадили на квадратной схеме, содержащей 60 электродов.

Сторона этой мультиэлектродной решётки (MEA) равна 8 сантиметрам.

Электроды служат для двухсторонней связи нейронного образования и электронной схемы, которая, в свою очередь, командует телом небольшого робота через интерфейс Bluetooth.

Не исключено, что полученные при помощи “Гордона” знания помогут учёным лучше разобраться и с механизмом нейродегенеративных заболеваний, вроде болезней Альцгеймера или Паркинсона, — утверждают сами исследователи. На фото — крысиные нейроны на поверхности схемы (кадр University of Reading).

Посредством массива контактов живая ткань получает сигналы от датчиков робота, передающих информацию об окружающей среде, и, в свою очередь, передаёт сигналы на колёса Гордона.

Кроме импульсов, идущих с крысиного “почтимозга” (это всё же не полноценный головной мозг), у робота нет никаких управляющих средств. Ни человек, ни компьютер в поведение машины не вмешиваются.

Авторы эксперимента говорят, что в течение 24 часов после пересадки на площадку с электродами, нейроны начали посылать друг другу нервные сигналы. Уже в течение первой недели учёные наблюдали несколько вспышек активности нейронов, напоминающих работу этих клеток в настоящем мозге животного.

Ключ к успеху опыта — возможность посылать электрические импульсы, воспринимаемые культурой клеток как естественные, и, соответственно, принимать импульсы, производимые ею. На снимке — пробирка с нейронами (белый кружок в центре), подсоединённая к считывающему устройству (кадр University of Reading).

Но без внешней стимуляции такая группа нейронов через несколько месяцев погибнет, поясняют исследователи. Потому специалисты приступили к обучению машины. Они попробуют воздействовать на неё различными внешними раздражителями, чтобы посмотреть, как будет реагировать сообщество клеток.

В некоторой степени Gordon обучает сам себя. Когда он натыкается на стену, в крысиный мозг поступает импульс от датчиков. При повторе ситуации у робота формируется нечто, что можно назвать опытом.

Чтобы помочь этому процессу, исследователи используют различные химические вещества, которые усиливают или тормозят формирование нервных связей в ходе выполнения тех или иных действий.

Gordon оснащён сенсорами, определяющими расстояние до объектов. Но эти данные не обдумываются компьютером, как у других ездящих ботов, а преобразуются в импульсы, посылаемые крысиному мозгу (кадр University of Reading).

Ещё бóльшие перспективы открывает возможность оснащения одного единственного бота Gordon сразу несколькими крысиными мозгами. Его конструкция предусматривает крепление нескольких устройств с MEA, поддерживающих свой обособленный коллектив нейронов.

Уорвик и его коллеги полагают, что наблюдение за развитием полуживого робота поможет им что-нибудь узнать и о работе мозга Homo sapiens. Ведь различия между мозгом крысы и мозгом человека, по большей мере, количественные, а не качественные. У крысы в голове трудится один миллион нейронов, а у человека — 100 миллиардов.

“Это упрощённая версия того, что происходит в человеческом мозге, — характеризует Уорвик своё новое детище, — в которой мы можем увидеть и проконтролировать основные характеристики, так как нам нужно”.

Бен Уолли (Ben Whalley), участник проекта, поясняет, что поиск “логического мостика” между активностью отдельных нейронов и сложным поведением организма, как результатом “коллективного творчества” нервных клеток, является одним из фундаментальных вопросов для нейронауки (кадр University of Reading).

В многочисленных экспериментах прошлого не раз проводился анализ активности групп клеток в мозге живых существ. А в опытах, рассматривавших поведение животных в тех или иных ситуациях, биологи соотносили реакцию организма с “входными данными”.

Но вот что происходит на промежуточном уровне? Где-то между одним-двумя нейронами, получившими сигнал и передавшими его дальше и организмом в целом?

Упрощённая модель организма, которой, по сути, является Gordon, предоставляет экспериментаторам возможность увидеть такую связь.

А что из этого выйдет? Наверное, на разбор и интерпретацию результатов экзотического эксперимента у специалистов уйдет не один год.

Cassini нанёс очередной визит Энцеладу

12 августа 2008

NASA недавно продлило миссию Cassini ещё на два года, так что аппарат ждут несколько дополнительных сближений с Энцеладом (с его красочными “тигриными полосами”, показанными на этом рисунке), а также — с другими лунами газового гиганта (иллюстрация NASA/JPL).

11 августа (12-го, в 02:21 по московскому времени) космический аппарат Cassini пролетел всего в 50 километрах от поверхности Энцелада — одного из самых крупных спутников Сатурна.

В момент наибольшего сближения скорость космического зонда относительно луны составила 17,7 километра в секунду. Аппарат направил свои камеры и приборы на так называемые “тигриные полосы” — гигантские разломы в районе южного полюса.

Они интересны высокой термической активностью и гейзерами космического масштаба, выбрасывающими не только воду, но и ряд других соединений, а среди них — органику.

Этот рисунок показывает далёкое Солнце и гало, созданное мельчайшими кристалликами льда, составляющими (в основном) струи фонтанов Энцелада (иллюстрация Karl Kofoed).

Американские специалисты сообщают, что через несколько часов после визита к яркому спутнику, Cassini начал передачу собранных данных.

В течение следующих дней и даже недель исследователи будут анализировать их, чтобы больше узнать об одном из самых интересных объектов в Солнечной системе.

В частности, они попробуют понять, действительно ли внутри Энцелада могут существовать условия, пригодные для жизни. Также было бы интересно уточнить время появления “тигриных полос”. А ещё — узнать больше о “живой” коре, которая, предположительно, отвечает за нагрев подлёдных водоёмов, виноватых в космическом граффити.

Не менее полезно будет получить сведения, способные подтвердить или опровергнуть гипотезу о радиоактивных внутренностях этого спутника и о смене его оси вращения в прошлом.

Мы рассказывали о некоторых научных открытиях, сделанных в ходе предыдущего полёта у поверхности Энцелада. Добавим, что в октябре 2008 года Cassini сблизится с Энцеладом ещё два раза. И в первый из этих визитов зонд должен будет пронестись на расстоянии всего в 25 километров от поверхности фонтанирующей луны, насчитывающей в диаметре немногим больше 500 километров.

Читайте о том, почему океану Энцелада грозит замерзание.

Свет пробился сквозь твёрдое тело

11 августа 2008

Установка контролируемого распространения волн, на которой был проведён эксперимент (фото Universiteit Twente).

Можно ли светить фонариком сквозь стену? Оказывается, что можно, но не всяким фонариком и не через всякую стену.

Нидерландским физикам удалось доказать на практике давнишнюю теоретическую разработку и заставить 2/3 фотонного излучения пройти сквозь твердотельный материал без потерь.

Свет, напомним, является электромагнитной волной, то есть равномерно распространяющимся от какого-либо источника возмущением электрических и магнитных полей – подобно кругам на воде от брошенного камня.

Существует и такой замечательный класс объектов, как неупорядоченные материалы (disordered materials). В классическом кристалле, к примеру, все атомы образуют стройную решётку, а вот в неупорядоченном – одни атомы находятся близко, другие подальше, и так далее.

Это очень перспективная технология изготовления различных сплавов. Даже эксклюзивные клюшки для гольфа теперь так делают.

Но нидерландские физики Аллард Моск (Allard Mosk) и Иво Веллекоп (Ivo Vellekoop) из университета Твента (Universiteit Twente) решили пойти ещё дальше и найти экспериментальное подтверждение теории 20-летней давности.

А связана она с возможностью проникновения света сквозь твёрдое тело. Дело в том, что когда волна натыкается на неупорядоченный материал, различные её участки (если продолжить аналогию с кругами на воде, то это сегменты внешней окружности волны) отражаются от мириад мини-поверхностей, образованных внутренней структурой тела.

Бóльшая часть света рассеивается, но кое-что всё же проникает. Чем шире “полоса препятствий”, тем больше коэффициент рассеивания.

Ещё в 1980-х было разработано теоретическое обоснование возможности “протащить” волну сквозь толстый-толстый слой неупорядоченного материала без серьёзных потерь. Модель получала название “Теория случайных матриц”.

Согласно ей, должен существовать так называемый открытый канал (open channel) внутри тела из такого материала. По каналу свет может не просто пройти насквозь, но (хотя бы частично) сфокусироваться в определённой точке.

Каким образом? Вспомним ключевое слово в приведённом выше определении волны: в естественных условиях распространение возмущения происходит равномерно.

Идея в том, чтобы излучение было не равномерным, а особым образом “отформатированным”: волна должна превратиться в некое подобие военного легиона – с авангардом и арьергардом.

Неупорядоченный материал рассеивает обычные волны (слева), но специально отформатированные (справа) всё же пробиваются к мишени. Толщина непрозрачной в проведённом эксперименте составила 11,3 микрометра (иллюстрация Allard Mosk, Ivo Vellekoop/Universiteit Twente).

В то время как “передовые части” фотонов рассеиваются при взаимодействии с препятствием, основная часть “боевых порядков” набегает сзади и усиливает отражённый свет – благодаря интерференции.

На практике всё упиралось в создание устойчивого открытого канала. В статье, направленной на рассмотрение в журнал Physical Review Letters, голландские учёные утверждают, что им удалось добиться требуемого эффекта.

Они сфокусировали лазер на непрозрачном куске гранулированного оксида цинка и с помощью цифровой камеры замерили коэффициент рассеивания света на мишени за препятствием.

Затем исследователи фиксировали параметры проникающего к мишени света и соответствующим образом меняли “форму” волны – с помощью специальной жидкокристаллической линзы, которая способна как бы задерживать отдельные её участки.

Путём подгонки этого параметра учёные достигли увеличения “дальнобойности” света на 44% (по сравнению с обычным источником излучения).

В итоге получилось, что сквозь непрозрачный (правда, неупорядоченный) объект можно передать 2/3 светового излучения. Вне зависимости от его толщины!

По мнению Джона Пендри (John Pendry) из Имперского колледжа Лондона (Imperial College London), одного из авторов теории случайных матриц, полученные результаты “весьма глубоки и основательны”.

Он рад, что идея 20-летней давности наконец-то нашла экспериментальное подтверждение и уверен в практической пользе полученного эффекта.

Например, считает британский учёный, с помощью усиления передачи света сквозь твердотельные материалы можно будет создать новую диагностическую аппаратуру для медицинских целей или даже улучшить приём мобильных телефонов.

Читайте также о том, как физики замедлили свет до скорости улитки, и о луче света с отрицательной скоростью.

Митохондриальная ДНК неандертальца расшифрована полностью

8 августа 2008

Сможет ли генетический материал из древних костей пролить свет на тайну вымирания Homo neanderthalensis? (фото Jan Woitas/European Pressphoto Agency)

Интернациональная команда учёных из Германии, США, Хорватии и Финляндии закончила наиболее точную и полную расшифровку генома вымершего родственника человека разумного и доложила о любопытных результатах.

О своём достижении исследователи отчитались в обширной статье, опубликованной в открытом доступе в журнале Cell.

Команда проанализировала более восьми тысяч последовательностей митохондриальной ДНК, которые были извлечены из 0,3 грамма кости возрастом около 38 тысяч лет (останки древнего человека были найдены в пещерах Хорватии).

Учёные подчёркивают, что на сегодняшний день их работа, начатая два года назад, была выполнена наиболее аккуратно и полно. О промежуточных, но не менее важных, результатах мы рассказывали здесь и здесь.

Отметим, что такое уточнение отнюдь не похвала самим себе. Всё объясняется тем, что долгое время учёные вели серьёзные споры по поводу загрязнения исследуемых образцов ДНК генетическими данными других живых существ: от бактерий, что “обгладывали” кости, до современного человека.

“Люди были так заняты расшифровкой последовательностей, что даже не обращали внимания, с чем имеют дело”, — рассказывает ведущий специалист Ричард Грин (Richard Green) из института эволюционной антропологии Макса Планка (Max-Planck-Institut für evolutionäre Antropologie).

На этот раз образцы (а таких было около 60) тщательно очищали, не выносили за пределы музейных комнат, в которых проводилась экстракция ДНК, и многократно секвенировали, сравнивая с ДНК человека. Последняя стадия позволила установить, какие различия появились в ходе эволюции, а какие в процессе деградации образцов.

Выяснилось, что наши родственники жили небольшими, изолированными группами. Также антропологи подтвердили тот факт, что неандертальцы не скрещивались с соседями-людьми (по крайней мере, в том количестве, чтобы оставить обоюдный след в ДНК, уточняет New Scientist).

Анализ ДНК также показал, что наш совместный общий предок существовал около 660±140 тысяч лет назад, что примерно соответствует прежним археологическим данным.

Кроме того, были расшифрованы последовательности митохондриальной ДНК, кодирующие 13 белков, один из которых (COX2) значительно отличался от такового у современного человека.

Учёные надеются, что полученные данные в будущем помогут определить, какие генетические изменения повлияли на эволюцию человеческого поведения.

Впрочем, некоторые исследователи тут же высказали своё несогласие с данным утверждением. Так небезызвестный палеонтолог Эрик Тринкаус (Erik Trinkaus) из университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis) считает, что изменение поведения произошло под действием отнюдь не генетических факторов.

До сих пор остаётся не ясным, что же привело к вымиранию вида около 30 тысяч лет назад, но учёные всё же надеются выяснить это в ближайшие месяцы.

Полная карта ДНК неандертальца будет опубликована в конце этого года.

Учёные-коммерсанты развязали мировые войны клонов

Бернанн Маккини (Bernann McKinney) из Калифорнии заплатила $50 тысяч за клонирование своего умершего питбуля Бугера (Booger). На днях она получила желаемого питомца, даже в пяти экземплярах. Но объявленное как первое в мире коммерческое клонирование домашней собаки достижение оказалось сопряжено со скандалом.
Пять идентичных копий Бугера были представлены вчера, 5 августа, на пресс-конференции в Сеуле. Занимались клонированием учёные из Сеульского национального университета (Seoul National University) и местной компании RNL Bio.

Возглавлял же работы профессор Ли Пьён Чхун (Lee Byeong-Chun). В 2005 году он входил в команду, первой в мире клонировавшую собаку Снаппи (Snuppy).

Корейские учёные получили клонов, воспользовавшись генетическим материалом от заранее сохранённых клеток кожи Бугера, взятых ещё при его жизни. Малышей, родившихся 28 июля, выносили две суррогатные матери.

Клонирование Бугера заняло 70 дней, сообщают корейские учёные (фото RNL Bio).

“Они точно такие, как их “папа”. Я на небесах. Я счастлива!” — заявила Маккини. Счастлива и компания RNL Bio, объявившая об открытии нового бизнеса и рассчитывающая клонировать за следующий год 300 домашних питомцев.

“У Бугера было доброе сердце, — продолжает Бернанн, — и я полагаю, что доброта — кое-что, что может появиться вновь. Я не хочу использовать слово “воспроизведение”, но есть лучший способ, о котором хорошо сказал доктор Ли: мы можем дать ему (псу) его тело, Вы подарите ему любовь и обстановку, которые помогут восстановить оригинальную индивидуальность Бугера”.

Однако есть и недовольные. Это небезызвестный Лу Хоторн (Lou Hawthorne), глава калифорнийской компании BioArts International и бывший глава ныне уже закрытой фирмы Genetic Savings & Clone (совершившей несколько лет назад прорыв в клонировании кошек).

Дело в том, что Хоторн считает первым в мире коммерческим клонированием собаки именно достижение его компании — тиражирование Мисси (Missy).

Точнее, эту выдающуюся операцию выполнили опять-таки корейские специалисты, во главе со знаменитым У Сок Хваном (Woo Suk Hwang). Когда-то он возглавлял ту самую команду, которая получила первого в мире клонированного пса – стало быть, был шефом Ли Пьён Чхуна.

Любой, кто захочет повторить для своего пса путь Бугера, должен заблаговременно позаботиться о взятии “живого” образца тканей, сохранённых при температуре жидкого азота. Ткани или кровь от уже покойного питомца — не подойдут (фото RNL Bio).

BioArts ещё раньше объявила о старте коммерческого клонирования лохматых любимцев. О Мисси, истории Хоторна и планах его фирмы — мы рассказывали во всех подробностях.

Но даже не первенство в выходе на необычный рынок больше волнует Хоторна. Он утверждает (PDF-документ), что деятельность RNL Bio — нелегальна и представляет собой, де-юре, чёрный рынок клонирования. Поскольку лицензия на технологию, используемую в такой операции, принадлежит именно BioArts International.

Точнее, техасской компании Start Licensing, которая “делегировала” BioArts International эксклюзивное право на использование технологии клонирования собак и кошек. Причём последняя запатентована почти во всех развитых странах мира, в том числе — в Южной Корее.

В свою очередь Start Licensing получила некогда права на этот патент от автора технологии клонирования, шотландского института Рослина (Roslin Institute), “ксерокопировавшего” в 1996 году овечку Долли — первое успешно клонированное млекопитающее в мире.

Возрождённая Мисси (2 экземпляра) читает мировую прессу, пишущую о войнах клонов (фото BioArts International).

При этом BioArts, ссылаясь на источники в Корее, отмечает, что роль Сеульского университета в скандале неясна.

Официальные лица университета якобы открестились от участия в создании коммерческой компании по клонированию (то есть — RNL Bio), именно из-за опасения по поводу прав на патент. Однако в RNL Bio работают (и владеют её акциями) некоторые сотрудники университета, пользующиеся его лабораториями в своих целях.

RNL Bio нанесла ответный удар. В своём пресс-релизе, посвящённом выходу в свет клонов питбуля, она пишет, что ранее госпожа Маккини обращалась за помощью в Genetic Savings & Clone, но та не смогла вернуть ей Бугера.

Более того, RNL утверждает, что именно ей принадлежит эксклюзивный патент на технологию клонирования собак. Глава RNL Чон Чхан Ра (Jeong-Chan Ra) даже заявил: “Любой человек и любая компания, даже BioArts International, кто занят коммерциализацией клонирования в США, может заказать у нас клонов”. Для BioArts это – считай, что оскорбление.

Тем временем в самой BioArts также кипит работа. Так ещё в июне компания объявила (PDF-документ) о предстоящем клонировании (на средства спонсоров) пса Трэкра (Trakr), принадлежащего полицейскому (ныне — в отставке) Джеймсу Симингтону (James Symington).

Симингтон и Трэкр были первой спасательной командой, добравшейся до уровня Ground Zero на месте рухнувшего Всемирного торгового центра в то трагическое 11 сентября. И именно Трэкр нашёл под завалами последнего выжившего человека.

Трэкр-оригинал ещё жив. Ему 15 лет (по меркам собак — совсем немало) и он инвалид. У пса не действуют задние ноги. Эксперты говорят, что это последствие работы в ядовитом смоге на месте ВТЦ. Потому, сколько лет ещё будет отпущено этому четвероногому герою, — неизвестно.

Неудивительно, что, узнав о выборе Трэкра для программы бесплатного (для хозяина пса) клонирования, Джеймс едва мог сдержать слёзы.

Эти эмоции, также как восторг Маккини, “воскресившей” свою умершую собаку, яркое свидетельство тому, что рынок копирования домашних любимцев имеет под собой почву. Лишь бы не загубили его войны клонов.