наука

Учёные вырастили крошечный человеческий мозг с подключением к ПК — он быстро научился решать уравнения и различать людей по голосу

Новая работа с живыми клетками человеческого мозга показала перспективность объединения живых тканей с компьютером. Колония живых нейронов обучалась быстрее искусственных моделей с почти таким же результатом. Если отбросить вопрос с этикой, до проблем с которой пока далеко, живые клетки человеческого мозга могут превзойти современные и будущие нейронные сети, работающие на кремниевых чипах, как по производительности, так и по экономическим соображениям.

С помощью стволовых клеток учёные вырастили так называемый органоид мозга — объёмную колонию клеток, повторяющих структуру нейронов и их связей в мозге. Это не первый и наверняка не последний эксперимент с живыми клетками, позаимствованными у человека. Ранее органоид мозга, например, научили игре в «Понг», с чем он успешно справился. В таких исследованиях самым сложным бывает донести информацию до «мозга» и считать её.

Группа профессора Го Фэня из Университета штата Индиана в Блумингтоне (США) предложила достаточно простое решение — они вырастили органоид на высокоплотном массиве электродов. Электроды, а это, по сути, компьютерный интерфейс, вносили данные в клетки «мозга» и считывали результат его последующей активности. Тем самым на практике была реализована такая архитектура спайковой (импульсной) нейросети, как резервуарная. Что происходило в массиве нейронов, учёным было неизвестно, но условно живая модель показала способность к быстрому обучению и расчётам.

Живой искусственный «мозг» был не такой точный, как искусственные нейронные сети с длинной цепью элементов краткосрочной памяти, но каждая из этих сетей прошла 50 этапов обучения. Сеть Brainoware достигла почти таких же результатов менее чем за 10 % времени обучения, потраченного на обучение искусственных цепей.

«Могут пройти десятилетия, прежде чем будут созданы универсальные биокомпьютерные системы, но это исследование, вероятно, даст фундаментальное представление о механизмах обучения, развитии нервной системы и когнитивных последствиях нейродегенеративных заболеваний»,— мечтают авторы работы,опубликованнойв журналеNature Electronics.

Animation vs. Physics

_️ Космический телескоп «Хаббл» перешел в безопасный режим 23 ноября 2023 года, приостановив научные наблюдения на неопределенный срок. Первоначально он перешел в безопасный режим 19 ноября из-за проблем с одним из двигателей-маховиков, отвечающих за ориентацию обсерватории, затем вернулся к работе, однако 21 ноября проблема повторилась, а затем вновь была решена. На сегодняшний день три гироскопа телескопа остаются в рабочем состоянии, включая проблемный, а телескоп при необходимости может проводить научные наблюдения и с одним гироскопом. Это не первый сбой в работе обсерватории, за 33 года работы телескоп столкнулся с множеством неполадок. Последний крупный сбой произошел в конце 2021 года. Тем не менее NASA решило продлить научную программу телескопа до 2026 года.

Начинаем понедельник со снимка недели от Хаббла. В кадре шаровое скопление NGC 2210, оно расположено в Большом Магеллановом Облаке. Возраст скопления составляет около 11,6 миллиардов лет.

Кажется что он двигается. 

Сегодняшний снимок корональной дыры на солнце

https://sdo.gsfc.nasa.gov/data/latest48.php?q=0193

«James Webb» открыл вторую по удаленности от нас галактику среди всех известных Увидеть столь древний объект помог эффект гравитационного линзирования. Космический телескоп «James Webb» открыл вторую по удаленности от нас галактику среди всех когда-либо наблюдавшихся. Она обнаружена на снимке области гигантского скопления Пандора и, по оценкам астрономов, уже существовала спустя всего 330 миллионов лет после Большого взрыва. Результаты исследования представлены в журнале The Astrophysical Journal Letters. «О ранней Вселенной известно очень мало, и единственный способ узнать о том времени и проверить наши теории – изучить самые далекие галактики. До нашего открытия было известно только три подтвержденные галактики, расположенные на столь экстремальном расстоянии. Теперь их пять, мы добавили в коллекцию вторую и четвертую по удаленности от Земли», – рассказывают авторы исследования. Свет от галактик, получивших обозначение UNCOVER z-13 и UNCOVER z-12, путешествовал до Земли примерно 13,4 миллиарда лет. Однако, по расчетам астрономов, сегодня из-за расширения Вселенной они удалены от нас на расстояние около 33 миллиардов световых лет. «Эти ранние галактики подобны маякам, свет которых пробивается сквозь очень разреженный газообразный водород, заполняющий раннюю Вселенную. Открытие таких объектов является важнейшим для понимания того, как появились первые галактики», – заключили авторы исследования.

Регион Стрельца C – область у центра Млечного пути протяжённостью около 50 световых лет в кадре Джеймса Уэбба На снимок вместилось почти 500 000 звезд. Обширная область ионизированного водорода, показанная голубым цветом, окружает тёмное инфракрасное облако, которое имеет большую плотность и блокирует свет далеких звезд позади него.

LIGO

Опубликованы подробности о мощнейшем луче неизвестной природы

Международная группа астрономов из США, Японии, Южной Кореи, России, а также стран Европы представила документ, где подробно рассказывается об открытии мощнейшего космического луча, чья точная природа пока остается неизвестной. Результаты исследования опубликованы в виде статьи в престижном научном журнале Science. Кратко об открытии сообщается в пресс-релизе на Phys.org.

Космические лучи представляют собой заряженные частицы экстремально высокой энергии из внеземных источников, находящихся, как считается, за пределами галактики Млечный Путь. Чрезвычайно энергичная частица, занимающая по мощности второе место среди когда-либо наблюдавшихся космических лучей, была зафиксирована массивом поверхностных детекторов эксперимента Telescope Array в штате Юта (США) в мае 2021 года.

Необычное событие вызвало срабатывание 23 из 507 детекторов, расположенных на площади примерно 1000 квадратных километров. Энергия предполагаемого протона (или же тяжелого ядра с большим зарядом), столкнувшегося с атмосферой Земли и вызвавшего «ливень» из вторичных частиц, оценивается в 244 эксаэлектронвольт (приставка «экса» соответствует квинтиллиону, или 10 в 18-й степени) или примерно в 40 джоулей. Это примерно в 40 миллионов раз больше, чем энергия протонов, разгоняющихся в Большом адронном коллайдере.

Частица проходила вблизи диска галактики Млечный Путь, где присутствуют достаточно сильные магнитные поля, способные отклонить частицу с энергией даже 244 эксаэлектронвольт. С учетом этого наиболее вероятное направление ее прибытия указывает на Местную Пустоту — полости между Местной группой галактик и близлежащими галактическими нитями. В этой области отсутствуют активные галактики, которые могли бы сгенерировать этот луч. Если бы он шел из более далеких областей, он потерял бы значительную часть своей энергии.

Как пишут авторы, происхождение космического луча может иметь три возможных объяснения. Во-первых, частица могла быть отклонена более сильным магнитным полем, чем предполагают модели. Во-вторых, ее источником мог стать неопознанный космический объект в локальном межгалактическом пространстве. Наконец, само ее существование может указывать на пробелы в современной физике элементарных частиц. Например, высокоэнергетический процесс мог породить первичную частицу неизвестного типа, сохранившую свою энергию в течение полета из более далеких активных галактик.

Ученые объяснили, как морские черви научились «отбрасывать хвост» с мозгом и глазами для размножения

Исследователи из Токийского университета впервые подробно описали уникальный способ размножения морских червей — шизогамию. Животные создают в хвостовой части своего тела «отдельный организм», наполненный половыми клетками, с собственными глазами и мозгом.

Взрослая особь Megasyllis nipponica с развивающимся женским столоном

Многие виды низших животных развили уникальные и удивительные способы размножения. Фрагментация и последующая регенерация встречаются у плоских червей, при которой особь делится на несколько частей, регенирирующих и образующих новые организмы. Также есть почкование — например, у пресноводной гидры: несколько клеток на теле взрослой материнской особи начинают делиться и образовывать постепенно обособляющиеся дочерние организмы.

Этапы почкования у гидры

Не менее странным способом размножения можно назвать шизогамию (или схизогамия), которую практикуют морские черви семейства Syllidae. Принцип размножения заключается в обособлении задней части тела в так называемый столон — склад половых клеток (гамет) со своей мозгоподобной нервной структурой, органами чувств (глазами и усиками) и плавательными щетинками. После его созревания столон отделяется от основного тела червя и свободно перемещается в воде в поисках таких же столонов противоположного пола.

При этом столон — не самостоятельный организм, а лишь временный способ переноса гамет. Ведь он не обладает ртом и развитой пищеварительной системой, поэтому если столон не находит подобную структуру противоположного пола, он погибает из-за недостатка питания. Независимое плавание столона не только защищает самого червя от возможных угроз, поскольку не обременяет необходимостью вынашивания потомства или поиска партнера, но и позволяет гаметам распространяться на большие расстояния. Основное же тело заново отращивает хвост и вскоре снова становится готово к созданию нового столона.

В новой работе группа морских биологов из Токийского университета изучила морского червя Megasyllis nipponica, широко распространенного в Японии. Ученые провели морфологический, гистологический и генетический анализ червей, чтобы выяснить, как эти животные формируют в своем теле столонные структуры и как определяют, в какой части тела формировать новые глаза и мозг. Результаты исследования ученые изложили в тексте статьи, опубликованной в журнале Scientific Reports.

Стадии шизогамии морского червя Megasyllis nipponica

Формирование столона начинается с изменений в строении кишки и созревания гонад определенного пола (изначально пол столона не определен, ведь морские черви семейства Syllidae — гермафродиты) в задней части тела червя. Потом активируются гены, ответственные за экспрессию гормонов, и лишь затем гены, определяющие постепенное формирование глаз, усиков, головы, плавательных щетинок и нервных клеток. На финальной стадии формирования столон начинает активно вибрировать и отделяется от основного тела.

При этом, как выяснили исследователи, хорошо известные гены, определяющие место формирования нейронов и головы у различных животных, автоматически активируются в ответ на развитие гонад в задней части морских червей и не контролируются мозгом основного тела. По словам авторов работы, такой способ размножения эволюционно мог развиться из ранее существовавших особенностей предковых червей, например высокой способности к регенерации.

Статья спизжена отсюда