Connect with us

Технологии

Подошли ближе к лечению болезни Альцгеймера: ученые открыли уникальный механизм нейронов

Published

on

Учёные недавно сделали важное открытие, которое помогает понять, как нейроны передают информацию и как эта передача связана с обучением и памятью.

Недавнее исследование, проведённое под руководством профессора Марка Делл’Аква из Медицинского кампуса Университета Колорадо Аншутц, выявило критический путь, по которому нейроны передают информацию от своих дендритов к ядру, активируя гены, жизненно важные для формирования памяти и когнитивных функций. Это открытие проливает свет на молекулярные процессы, которые связывают синаптическую активность с долгосрочными изменениями в мозге, что даёт значительное представление о формировании памяти и когнитивных функций, а также подсказки для лечения когнитивных осложнений, таких как болезнь Альцгеймера.

Исследование, опубликованное в журнале Journal of Neuroscience, изучало механизмы, которые позволяют нейронам координировать локальную синаптическую активность с экспрессией генов в ядре нейронов. Это открытие важно, поскольку оно расширяет наши знания о том, как работают нервные клетки и как они активируют генетические механизмы, критически важные для синаптических изменений, необходимых для формирования памяти и обучения.

Полученные результаты учёных выделили важную роль белка, связывающего элемент cAMP-ответа (CREB), который является транскрипционным фактором, регулирующим гены, критически важные для синаптических изменений. CREB действует как своего рода «переключатель» внутри клеток мозга, который контролирует активацию определённых генов, которые в свою очередь усиливают способность нейронов общаться друг с другом. Этот процесс необходим для долгосрочной памяти и обучения, а также для укрепления связей между нейронами.

Когда нейроны активны, например, когда мы учим что-то новое или вспоминаем информацию, на CREB поступают сигналы. После получения этих сигналов, CREB «включает» необходимые гены, что позволяет нейронам адаптироваться, усиливая их способность взаимодействовать между собой. Это можно представить как включение света в комнате, полной инструментов, необходимых для создания прочных связей между нейронами. Без этого процесса мозгу было бы намного сложнее учить новое или сохранять воспоминания.

Исследование, проведённое командой под руководством Кэтлин Зент, аспирантки в лаборатории Делл’Аква, использующей современные методы микроскопии, выявило важную «релейную систему», которая включает кальциевые сигналы, генерируемые активированными рецепторами и ионными каналами в дендритах. Эти сигналы быстро достигают ядра нейронов, вызывая активацию CREB и последующую экспрессию генов, что способствует укреплению синаптических связей между нейронами. Этот процесс позволяет нейронам интегрировать поступающие сигналы и превращать их в долгосрочные изменения как функциональные, так и структурные. Это открытие демонстрирует, как нейроны преодолевают физические трудности, связанные с расстоянием между синаптическими участками и ядром, и координируют свою деятельность для формирования памяти.

Делл’Аква отметил, что это открытие имеет важные последствия для понимания заболеваний, влияющих на память, таких как болезнь Альцгеймера. Он пояснил, что это знание о молекулярных процессах в мозге может помочь в разработке методов лечения этих заболеваний, а также в восстановлении когнитивных функций. С учётом того, что болезни, связанные с нарушением памяти, такие как болезнь Альцгеймера, представляют собой серьёзную глобальную проблему, исследования в этой области могут сыграть решающую роль в решении проблемы когнитивных нарушений. По данным Всемирной организации здравоохранения, более 55 миллионов человек в мире страдают от деменции, и ожидается, что их число будет увеличиваться.

Кроме того, это открытие даёт надежду на разработку методов лечения, которые могут замедлить или даже обратить вспять когнитивные нарушения, связанные с памятью. Это исследование подчёркивает важность молекулярных механизмов формирования памяти, которые могут привести к созданию терапии, способной бороться с нарушениями памяти, такими как болезнь Альцгеймера и другие когнитивные расстройства. Исследования, подобные этому, могут оказать ключевое значение для разработки новых методов лечения и улучшения качества жизни миллионов людей по всему миру.

Источник: University of Colorado Anschutz Medical Campus.

Continue Reading
Advertisement

Технологии

Печатать текст можно силой мысли, и довольно точно: что придумали ученые

Published

on

Meta делает значительный шаг вперед в развитии интерфейсов мозг-компьютер, создавая искусственный интеллект, который способен с высокой точностью преобразовывать мозговую активность в текст.

Эта технология может привести к революции в области коммуникации, особенно для людей, утративших способность говорить из-за болезней или травм.

Исследование было проведено Meta совместно с международной группой ученых, в ходе которого использовались магнитоэнцефалография (МЭГ) и электроэнцефалография (ЭЭГ) для регистрации мозговых сигналов 35 добровольцев. Во время эксперимента участники набирали текст, а система фиксировала их мозговую активность. Главная особенность разработанной технологии заключается в ее трехкомпонентной архитектуре: кодировщик изображений создает представления, кодировщик мозга выравнивает их с сигналами МЭГ, а затем специальный декодер восстанавливает текст на основе полученной информации.

Результаты исследования оказались впечатляющими. Разработанный искусственный интеллект способен расшифровывать до 80% символов, что как минимум в два раза превышает эффективность традиционных систем, работающих на основе ЭЭГ. Это открывает возможности для создания более точных интерфейсов мозг-компьютер, которые могут применяться в самых разных сферах — от медицины до новых форм взаимодействия человека с техникой.

Вторая часть исследования была посвящена изучению того, как мозг преобразует мысли в язык. Разработанная системой искусственного интеллекта модель позволяет анализировать, каким образом и в какие моменты времени в процессе мышления формируются слова, слоги и отдельные буквы. Это дает ученым новый инструмент для понимания механизмов человеческой речи и мышления, а также может привести к усовершенствованию систем распознавания мыслей.

Эти исследования открывают широкие перспективы в развитии нейроинтерфейсов и могут стать основой для технологий, способных помочь людям, имеющим ограниченные возможности общения. Если такие системы продолжат развиваться с той же скоростью, с которой это происходит сейчас, они могут выйти за пределы лабораторных условий уже в ближайшие годы, став доступными для более широкой аудитории и найдя применение в реальных сценариях.

Источник: TechSpot

Continue Reading

Технологии

Первый в мире гибридный квантовый суперкомпьютер уже запущен в работу

Published

on

Гибридная система предназначена для решения задач, на которые классические суперкомпьютеры тратят значительно больше времени.

Инженеры успешно активировали Reimei — первый в мире гибридный квантовый суперкомпьютер. 20-кубитная квантовая машина была интегрирована в Fugaku, один из самых мощных суперкомпьютеров, занимающий шестое место в мировом рейтинге. Об этом сообщает Interesting Engineering.

Эта гибридная система предназначена для решения задач, которые требуют значительных вычислительных ресурсов и на выполнение которых традиционные суперкомпьютеры затрачивают существенно больше времени. Устройство размещено в научном институте Riken в японской префектуре Сайтама, и его основное предназначение — поддержка исследований в области физики и химии.

В отличие от большинства квантовых компьютеров, работающих на сверхпроводящих кубитах, Reimei использует захваченные ионные кубиты. Эта технология обладает рядом преимуществ, включая повышенную стабильность и более точное управление. Метод основан на изоляции заряженных атомов или ионов в электромагнитном поле, создавая так называемую ионную ловушку. Манипуляция ионами осуществляется с помощью точно откалиброванных лазеров, которые изменяют их квантовые состояния, позволяя выполнять сложные вычисления.

Применение данной технологии дает ученым возможность управлять ионными кубитами так, чтобы они сохраняли и обрабатывали квантовую информацию более эффективно. Захваченные ионные кубиты демонстрируют более длительное время когерентности и позволяют создавать больше взаимосвязей между кубитами. В то же время сверхпроводящие кубиты обеспечивают более быстрые операции и упрощают процесс изготовления квантовых чипов.

Представители института Riken пояснили, что выбор квантовой системы компании Quantinuum был обусловлен уникальной архитектурой этого решения. В основе работы Reimei лежит процесс, называемый “ионный челнок”, который позволяет физически перемещать кубиты в вычислительной системе по мере необходимости. Этот метод значительно повышает сложность выполняемых алгоритмов и улучшает обработку квантовой информации.

Одна из ключевых проблем квантовых вычислений — высокая чувствительность кубитов к внешним помехам, вызывающим “шум”, который приводит к вычислительным ошибкам. Для повышения точности Reimei использует стратегию группировки нескольких физических ионных кубитов в так называемые “логические кубиты”. Это позволяет хранить одну и ту же информацию в нескольких местах, обеспечивая более надежную защиту данных и снижение вероятности ошибок.

Источник: Interesting Engineering

Continue Reading

Технологии

Мы не одиноки во Вселенной: новая теория повышает вероятность существования разумных инопланетян

Published

on

Люди, возможно, не являются такой уж уникальной особенностью во Вселенной.

Для того чтобы человечество появилось на Земле, должно было произойти множество событий. Наша планета должна была быть на правильном расстоянии от Солнца, а затем возникли первые живые клетки, животные и приматы. Учитывая все эти необходимые условия, может показаться, что наше существование — это случайность. В течение десятилетий существовала модель “сложных шагов” происхождения человечества, которая поддерживала идею, что наше появление было крайне маловероятным. Эта модель утверждала, что эволюция разумной жизни, подобной человеческой, вряд ли могла произойти на других планетах Вселенной. Однако новая теория ставит под сомнение эту идею, предлагая, что разумная жизнь может быть гораздо более распространенным явлением, чем предполагалось.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, предлагает альтернативный способ понимания того, почему эволюция человека потребовала миллиардов лет. Согласно новой теории, если бы человечество вымерло, возможно, на Земле возникла бы другая форма разумной жизни. Это открывает возможность того, что разумная жизнь не является редкостью, а представляет собой предсказуемый результат эволюционных процессов, которые могли бы происходить на любой планете.

Модель “сложных шагов”, предложенная физиком Брэндоном Картером в 1983 году, предполагала, что человеческая жизнь на Земле могла возникнуть только в определенные моменты, когда планета была пригодна для жизни. Картер отметил, что люди появились на Земле во второй половине жизни Солнца, когда оставалось всего несколько миллиардов лет солнечного света. Это привело его к выводу, что для эволюции человеческой жизни на любой планете требуется гораздо больше времени, чем существует окно пригодности для жизни на большинстве планет.

Основное внимание в модели “сложных шагов” уделялось пяти важным событиям: происхождению жизни, фотосинтезу, появлению эукариот, возникновению многоклеточных животных и людей. Каждое из этих событий происходило лишь один раз в истории Земли, и для того чтобы они произошли, потребовалось множество удачных стечений обстоятельств. По этой логике, люди — это продукт множества маловероятных биологических изменений, произошедших по цепочке.

Однако новая теория предлагает альтернативное объяснение редкости этих событий, предполагая, что они могут быть не такими редкими, как принято считать. Ученые предполагают, что разумная жизнь может возникать как результат планетарных петель обратной связи между геологией и биологией Земли, где одно биологическое изменение делает следующее более вероятным или даже неизбежным. Эволюция жизни и планеты происходят вместе, и каждый шаг, сделанный биосферой Земли, делает следующее эволюционное событие более вероятным.

Таким образом, люди смогли эволюционировать, когда биосфера Земли позволила это. Более того, на других планетах биосферы могли развиваться даже быстрее, чем на Земле. Ученые полагают, что на Земле многие события, которые привели к появлению человека, происходили не один раз, а несколько.

Согласно новой теории, каждое биологическое изменение может повлиять на окружающую среду так, что она не позволит подобным изменениям повториться. Иными словами, вероятность одного эволюционного события не является независимой от других. На протяжении большей части истории Земли наша планета не была пригодна для существования людей, а появление животных стало возможным только после того, как Земля прошла через определенные геологические изменения, такие как появление кислорода в атмосфере около 2 миллиардов лет назад.

Таким образом, наше появление не было просто случайностью, а стало результатом множества неизбежных событий, каждое из которых повышало вероятность появления следующего.

Эта теория не является прямым доказательством существования инопланетной жизни, но она открывает новые перспективы для поиска внеземных цивилизаций. Ученые предлагают способы исследования планет за пределами Солнечной системы, которые могли бы указать на существование инопланетной жизни. Теория подсказывает, что разумная жизнь может быть более распространенной, чем мы думали ранее, и это открывает новые горизонты для поиска жизни в других уголках Вселенной.

Источник: Popular Science

Continue Reading

В тренде