cherdaknauki

Чердак: наука, технологии, будущее

16 октября 2017

F

Впервые в истории человечества астрономы зарегистрировали гравитационные волны слияния двух нейтронных звёзд. Первыми событие в  галактике NGC 4993 «почуяли» 17-го августа гравитационные обсерватории LIGO/Virgo, а вслед за ними к наблюдениям подключились и другие астрономические инструменты. В сумме за событием наблюдали 70 обсерваторий.

Слухи о том, что детекторы LIGO/Virgo наконец зарегистрировали событие нового типа — не очередное слияние чёрных дыр, поползли по социальным сетям уже 18-го августа. Заявления именно о нём ждали в конце сентября, но тогда учёные ограничились лишь сообщением об  очередном гравитационно-волновом событии с участием двух чёрных дыр — оно произошло в 1,8 миллиардах световых лет от Земли, в его наблюдении 14-го августа впервые поучаствовали не только американские детекторы, но  и европейский Virgo, который «включился» в охоту за колебаниями пространства-времени за две недели до этого.

После этого коллаборация получила свою заслуженную Нобелевскую премию по физике — за детекцию гравитационных волн и подтверждение правоты Эйнштейна, предсказавшего их  существование — и вот теперь поведала миру об открытии, которое приберегла «на сладкое».

Что именно произошло?

Нейтронные звёзды это очень, очень маленькие и  очень плотные объекты, которые возникают обычно в результате вспышек сверхновых звёзд. Типичный диаметр такой звезды 10−20 км, а масса сравнима с массой Солнца (диаметр которого в 100 000 000 раз больше) — так что плотность вещества нейтронной звезды в несколько раз превышает плотность атомного ядра. На сегодняшний момент нам известно несколько тысяч таких объектов, но вот двойных систем — лишь полтора-два десятка. И  никогда до этого мы не знали, что именно происходит в результате их  слияния.

Килоновая (по аналогии со «сверхновой»), гравитационный сигнал которой зарегистрировали LIGO/Virgo 17-го августа, находится в созвездии Гидра на расстоянии 130 миллионов световых лет от Земли. Она возникла в  результате слияния двух нейтронных звёзд массами в диапазоне от 1,1 до  1,6 масс Солнца. О том, насколько более близко к нам оказалось это событие, говорит то, что в то время как сигнал от сливающихся двойных черных дыр обычно находился в диапазоне чувствительности детекторов LIGO в течение долей секунды, то сигнал, зарегистрированный 17 августа, длился около 100 секунд.

Почти в то же время, примерно через две секунды после гравитационных волн, Космический гамма-телескоп НАСА «Ферми» и Международная орбитальная обсерватория гамма-лучей (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory/INTEGRAL) зарегистрировали всплески гамма-лучей. В последующие дни ученые зарегистрировали электромагнитное излучение и в других диапазонах, включая рентгеновские, ультрафиолетовые, оптические, инфракрасные и  радиоволны.

Получив координаты, несколько обсерваторий уже через несколько часов смогли начать поиск в области неба, где предположительно произошло событие. Новая светлая точка, напоминающая новую звезду, была обнаружена оптическими телескопами, и в итоге около 70 обсерваторий на земле и в космосе наблюдали это событие в  различных диапазонах длин волн.

«Впервые, в  отличие от «одиноких» слияний черных дыр, зарегистрировано «компанейское» событие не только гравитационными детекторами, но еще и  оптическими и нейтринными телескопами. Это первый такой хоровод наблюдений вокруг одного события», — рассказал профессор физического факультета МГУ Сергей Вятчанин, который входит в группу российских ученых, участвовавших в наблюдении за явлением, под руководством профессора физического факультета МГУ Валерия Митрофанова.

В  момент столкновения основная часть двух нейтронных звезд слилась в один ультраплотный объект, испускающий гамма-лучи. Первые измерения гамма-излучения в сочетании с детектированием гравитационных волн подтверждают предсказание общей теории относительности Эйнштейна, а  именно, что гравитационные волны распространяются со скоростью света.

«Во всех предыдущих случаях источником гравитационных волн были сливающиеся черные дыры. Как это ни парадоксально, черные дыры — это очень простые объекты, состоящие исключительно из искривленного пространства и поэтому полностью описывающиеся хорошо известными законами общей теории относительности. В то же время, структура нейтронных звезд и, в  частности, уравнение состояния нейтронной материи до сих пор точно неизвестны. Поэтому изучение сигналов от сливающихся нейтронных звезд позволит получить огромное количество новой информации также и о свойствах сверхплотной материи в экстремальных условиях», — сказал профессор физического факультета МГУ Фарит Халили, который так же входит в группу Митрофанова.

Каково значение этого открытия?

Во-первых, наблюдение за слияние нейтронных звёзд — ещё одна наглядная демонстрация эффективности астрономических наблюдений, первопроходцами в которых стали детекторы LIGO и Virgo.

«Полтора года назад, когда были открыты гравитационные волны, главные слова были сказаны. Был открыт новый способ изучения Вселенной, изучения природы Вселенной. И этот новый способ уже за полтора года продемонстрировал свою способность давать нам важную глубокую информацию о разных явлениях во Вселенной. Несколько десятков лет гравитационные волны только пытались детектировать, и тут раз — полтора года назад их детектировали, получили Нобелевскую премию, и  теперь прошло полтора года и действительно показано, что кроме флага, который все поднимали — ага, Эйнштейн был прав! — это действительно работающий уже сейчас, только в начале науки гравитационной астрономии, он оказывается настолько эффективным, чтобы изучать разные явления во  Вселенной» — сказал корреспонденту «Чердака» астрофизик Юрий Ковалёв, руководитель лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ, заведующий лабораторией ФИАН, руководитель научной программы проекта «Радиоастрон».

«Это рождение новой науки! Такой сегодня день. — сообщил «Чердаку» заведующий лабораторией космического мониторинга ГАИШ МГУ Владимир Липунов. — Она будет называться гравитационная астрономия. Это когда все тысячелетние методы астрономии, которые тысячи астрономов применяли многие тысячи лет, нарабатывали, станут полезными для гравитационно-волновой тематики. До сегодняшнего дня всё это было чистой физикой, то есть даже фантазией, с точки зрения публики, а теперь это уже реальность. Новая реальность».

Кроме этого, в ходе наблюдений было собрано огромное количество новых данных. В частности, было зафиксировано, что в  процессе слияния нейтронных звезд образуются тяжелые элементы — такие, как золото, платина и уран. Это подтверждает одну из существующих теорий происхождения тяжёлых элементов во Вселенной. Ранее моделирование уже демонстрировало, что одних только вспышек сверхновых для синтеза тяжёлых элементов во Вселенной недостаточно — и в 1999 году группа швейцарских учёных предположила, что ещё одним источником тяжёлых элементов могут служить слияние нейтронных звёзд. И хотя килоновые намного более редки, чем вспышки сверхновых, именно они могут генерировать большую часть тяжёлых элементов.

Дополненная версия заметки скоро появится на сайте: https://chrdk.ru/sci/gw170817

В коллаже использованы иллюстрации Yuri Shchipakin и Khakimullin Aleksandr / Фотодом / Shutterstock
В коллаже использованы иллюстрации Yuri Shchipakin и Khakimullin Aleksandr / Фотодом / Shutterstock

Премию имени Альфреда Нобеля по экономическим наукам в 2017 году получил Ричард Талер — известный американский экономист из Чикаго, которого наградили за его вклад в развитие поведенческой экономики. Что такое поведенческая экономика и чем именно отличился Талер, объясняет штатный экономист «Чердака».

Экономика как наука работает с моделями — упрощенными схемами экономических агентов (людей, домохозяйств, фирм, регуляторов и так далее), в которых все их поведение может описываться несколькими уравнениями. Одно из самых известных таких упрощений состоит в том, что «человек экономический» — абсолютно рациональный агент. То есть он принимает решения, руководствуясь конкретными рациональными правилами, предпочтениями и целями. Это упрощение очень полезно, потому что позволяет моделировать поведение людей в самых разных задачах. Проблема только в том, что настоящие, живые люди, в отличие от экономических, далеко не всегда ведут себя рационально.

Систематические, то есть наблюдаемые раз за разом у множества людей отклонения от рационального поведения, изучает поведенческая экономика — относительно молодая и цветущая область экономического знания, в которую и внес свой нобелевский вклад Ричард Талер.

Как один из основоположников поведенческой экономики, Талер ввел в обиход экономистов множество интересных инструментов. Например, он первым описал эффект владения(endowment effect), который проявляется в том, что человек выше ценит те вещи, которыми уже обладает. В классическом эксперименте на эту тему студенты чаще отказывались менять заранее подаренные им кружки на шоколадки, хотя, когда им предлагали просто выбрать между кружкой и шоколадкой, никаких особенных предпочтений не выказывали.

Сам Талер использовал чуть более хитрый пример. В одном случае вы с вероятностью 0,1% рискуете заболеть болезнью, от которой легко и безболезненно скончаетесь через неделю, и вас спрашивают, какую максимальную сумму вы готовы потратить на лекарство. Во втором вам предлагают стать волонтером в испытании лекарства от этой же болезни и спрашивают, какую минимальную сумму вы бы потребовали в качестве вознаграждения. И там, и там людям предлагают оценить в деньгах одну и ту же вероятность смерти, но, как пишет Талер, «продать» свое здоровье люди хотят гораздо дороже, чем «купить»: ответы обычно отличаются на несколько порядков. Сам Талер, кстати, говорил, что ощущал себя участником подобного эксперимента, когда у него украли застрахованные бутылки вина.

Эксперименты с шимпанзе и нейробиологические исследования показывают, что у эффекта владения есть также и нейрофизиологическая сторона, которая иногда может проявляться как повышенное переживание потери при расставании с вещью.

Он же разработал теорию мысленной, или ментальной, бухгалтерии (mental accounting), которую ведет любой человек. В ней, например, расходы на продукты в магазине и на поход в ресторан легко могут проходить по разным статьям, хотя для рационального «гомо экономикуса» и то и другое — еда. Более того, в голове у человека как объекта исследования поведенческой экономики одни и те же доллары могут оцениваться по-разному. Классический пример — одновременное наличие пополняемого депозита и долга по кредитной карте. Проценты по последней неизбежно будут выше, чем проценты по первому, так что рационально будет немедленно погасить долг по кредитке, но учет накоплений в отдельной мысленной категории делает их более ценными.
(полную статью читайте на «Чердаке»)


Другие новости на Чердаке:

Древние люди избегали инцеста еще 35 тысяч лет назад

«Расписано по часам»: «Нобелевка» за циркадные ритмы

В мозге человека наконец обнаружили систему очистки


Покупка дополнительного свободного времени увеличивает ощущение счастья и удовлетворенности жизнью.

К такому выводу пришли психологи США, Канады и Нидерландов. Они опросили более 6000 респондентов из разных стран, выявив их отношение к покупкам, избавляющим от выполнения рутинной домашней работы, — например, заказ клининговых услуг («покупка» чужого времени) или готовой еды (освобождение себя от приготовления пищи).

Так, в одном из тестов респондентам предложили определить, какую часть денег они тратят на «покупку свободного времени» и отметить, насколько счастливыми они себя чувствуют по шкале от 1 до 10. В опросе участвовали люди с разным уровнем дохода — от низкого до высокого. Оказалось, что чем больше денег респондент тратит на аутсорсинг рутинных обязанностей, тем больше он удовлетворен жизнью.

«Преимущества «покупки времени» отметили не только богатые люди. Мы предполагали, что этот процент будет ниже среди людей с невысоким достатком. Но, к нашему удивлению, мы обнаружили одинаковые результаты среди людей с самыми разными доходами», — пояснила автор исследования, профессор Университета Британской Колумбии Элизабет Данн.

Участникам другого эксперимента каждую неделю давали по 40 долларов. В зависимости от задания исследователей человек должен был потратить эти деньги на покупку обычных товаров либо на то, что сэкономит его время. Опрос показал: респонденты чувствовали себя счастливее, когда за 40 долларов приобретали дополнительное свободное время.

«Во всем мире рост доходов привел к падению уровня удовлетворенности жизнью из-за постоянной нехватки времени. Наше исследование доказывает, что «покупка» свободного времени уменьшает стресс, которое испытывают люди от его недостатка. Это увеличивает их ощущение счастья», — сообщается в исследовании.

Ученым также удалось выяснить, что сейчас этим рецептом счастья пользуются совсем немногие. Согласно исследованию, только 2% респондентов готовы потратить дополнительные деньги на что-то, что сэкономит их время. А опрос среди 818 миллионеров, проведенный в Нидерландах, показал, что почти половина из них не совершает покупки, позволяющие сэкономить время.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ранее психологи, экономисты и нейробиологи из Германии, Швейцарии и США выяснили, что счастливее человека делает щедрость.

Другие материалы на Чердаке:
Сладкое увеличивает риск депрессии у мужчин
Как погода влияет на наши эмоции, убеждения и решения
Томат растет математически правильно




Психологи, экономисты и нейробиологи из Германии, Швейцарии и США выяснили, что щедрость вызывает отклик в той части мозга, которая участвует в системе поощрения и обеспечивает ощущение счастья.

Предыдущие исследования показали, что щедрость вызывает чувство счастья у дарителя. Исследователи поставили целью выяснить, как проявление щедрости связано с ощущением удовлетворения и счастья на физиологическом уровне, и поставили эксперимент, в котором с помощью фМРТ они наблюдали за тем, что происходит в мозге человека в момент, когда он решает проявить щедрость.

Для эксперимента набрали две группы, по 25 человек в каждой, — экспериментальную и контрольную. Участникам обеих групп посулили, что в следующие четыре недели им будут выдавать по 25 швейцарских франков, которые те должны будут потратить. Разница между группами была в том, что члены контрольной группы обязались потратить деньги на себя, а экспериментальной — на других людей, к примеру делая им подарки или приглашая их на обед. Кроме того, участники обеих групп должны были пройти тест — выбрать какого-то конкретного, знакомого им человека, чтобы порадовать его подарком из тех денег, что им дадут ученые, причем подарки могли очень различаться по цене — от 3 до 25 франков.

Результаты показали, что у участников из экспериментальной группы, которые взяли обязательство быть щедрыми, активизировался вентральный стриатум — зона в мозге, которая отвечает за механизм поощрения. Именно в этой зоне находятся нейроны, которые вырабатывают дофамин — нейромедиатор, вызывающий чувство удовлетворения в ответ на «правильные» действия. Помимо того, члены экспериментальной группы были щедрее в тесте, в котором нужно было выбрать подарок.

Ученые отметили, что активность стриатума не менялась в зависимости от цены подарка. Чувство счастья давал сам факт дарения, а не дороговизна или дешевизна подарка.

Исследователи делают вывод: для того чтобы быть счастливее, нужно быть щедрее, несмотря на то что в повседневной жизни люди зачастую недооценивают связь между щедростью и счастьем.

Исследование описано в журнале Nature Communications.


Другие новости на Чердаке
Летящий на крыльях ночи (новые опасные инфекции)
Тренажер для мозга оказался не лучше онлайн-игр 
Беспорядочный секс у бонобо — не помеха планированию беременности 


Учёные из Франции и США обнаружили ранее не описанный механизм защиты от вирусных инфекций, свойственный клеткам-эукариотам, который сформировался на самой ранней стадии развития жизни на Земле.

РНК-вирусы — это вирусы, у которых генетический материал содержится в одно— или двухцепочечной линейной РНК, а не в ДНК. И такое строение позволяет РНК-вирусам атаковать клетки, не содержащие ДНК (такие, как клетки крови эритроциты). До недавнего времени считалось, что клетки противостоят вирусам, используя две системы защиты: противовирусную РНК-интерференцию и интерфероновую систему. Посредством РНК-интерференции клетка идентифицирует чужеродную РНК и разрезает её на короткие фрагменты, после чего блокирует копирование и распространение вирусной РНК. Второй механизм против вирусов основан на иммунных белках-интерферонах, которые стимулируют производство лимфоцитов и подавляют активность вируса. В новом исследовании учёные обнаружили третий, ранее не изученный механизм противостояния клеток РНК-вирусам.

Для эксперимента учёные взяли РНК-вирус Синдбис (SINV). После того, как им заражали клетки, из ядра инфицированной клетки высвобождалась эндонуклеаза Drosha из семейства рибонуклеаз III (RNase III). Эта нуклеаза эволюционно консервативна и имеется у всех живых организмов. Ранее уже было изучено, что нуклеаза Drosha вместе с ещё одной родственной нуклеазой — Dicer — задействована в процессах созревания и разрушения многих клеточных РНК. Так, она задействована в формировании микроРНК, которые участвуют в процессах РНК-интерференции (процесса подавления экспрессии гена на определенном этапе).

Теперь учёные обнаружили, что при заражении клетки вирусом Drosha активировалась и находила чужеродные РНК со специфическими фрагментами. После этого она прикреплялась к чужой РНК и действовала как зажим, препятствуя работе РНК-полимераз, которые копируют вирусную РНК. В результате этого нарушалась репликация и распространение РНК-вирусов.

Чтобы точно подтвердить своё открытие, биологи вводили вирус Синдбис клеткам, у которых был выключен ген, кодирующий нуклеазу Drosha. Эксперимент показал, что такие клетки хуже противостояли вирусу, и он мог быстрее размножаться в них. Учёные исследовали противовирусную защиту во всех клетках (растений, членистоногих, рыб, млекопитающих и других организмов) и обнаружили, что блокирование вируса эндонуклеазой Drosha происходит повсеместно. Это может свидетельствовать, что это очень древний эволюционный механизм борьбы клеток с вирусами, который возник самым первым на самой заре эволюции. И уже из него постепенно трансформировались другие, более совершенные методы антивирусной защиты.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Недавние эксперименты американских ученых подтвердили, что белки-интерфероны сформировались у клеточных организмов в процессе борьбы с вирусами.

Другие новости на Чердаке:

Астрономы впервые наблюдали движение спаренных черных дыр

Младенцы запоминают слова даже без многократного повтора

Грязный воздух мешает солнечной энергетике

Психологи обнаружили, что лингвистические признаки, по которым можно определить ложь, отличаются в зависимости от того, является ли говорящий выходцем из индивидуалистической культуры или коллективистской.

Ученые из Ланкастерского университета во главе с Паулом Джей Тейлором экспериментально подтвердили, что существует разница между тем, как врут представители разных культур. В исследовании приняли участие 320 человек, среди которых были представители нескольких этнических групп: чернокожей африканской, южноазиатской, «белой европейской» (иммигранты в Великобританию в первом поколении) и, собственно, британцы. Участникам эксперимента было предложено выполнить задачу «поймай лжеца», в которой каждому было необходимо представить остальным как ложные, так и подлинные заявления. Исследователи предположили, что, поскольку культуры можно поделить на индивидуалистические и коллективистские, техники обмана их представителей будут отличаться.

Изучив результаты эксперимента, авторы исследования отметили, что в речи лгущих «индивидуалистов» (европейцев и британцев) намного реже появляются местоимения первого лица. Ученые полагают, что это свидетельствует о стремлении лжецов отделить себя — индивида — от лжи и избежать личной ответственности.

В то же время африканские и южноазиатские обманщики чаще использовали местоимения первого лица, снижая количество слов «он/она/они». Психологи считают, что это связано с тем, что в коллективистских культурах межличностные отношения и групповое благополучие обладают большей значимостью, чем личные цели, поэтому представители таких культур стараются отгородить от лжи именно свою социальную группу, а не самих себя.

Кроме этого, ученые обнаружили различия в конкретизации деталей. Европейцы и британцы следовали принципу «если врешь, уменьшай количество деталей». Напротив, представители африканских и южноазиатских стран сосредотачивались на деталях, причем социального характера, — эмоциях или совместных воспоминаниях, пытаясь тем самым подчеркнуть социальные связи и отношения между участниками.

Кроме этого, ученые сравнили, как обман влияет на эмоциональное состояние лжецов, а также эмоции, которые они демонстрировали. Считается, что во время обмана человеку свойственны в основном негативные проявления, что обычно объясняется тем, что лжецы чувствуют себя виноватыми. Но оказалось, что выражение эмоций варьируется от культуры к культуре: представители коллективистских культур почти не проявляли негативных эмоций, когда лгали, в отличие от «индивидуалистов». Это связано с тем, полагают исследователи, что в коллективистских культурах ложь вообще считается намного более социально приемлемой, чем в индивидуалистических, постольку зачастую служит инструментом сохранения социальной гармонии.

Таким образом, ученые продемонстрировали, что лингвистические признаки обмана не являются универсальными, и это в целом ставит под сомнение все существующие и применяемые на практике техники определения лжи, поскольку те никак не учитывают «культурный фон» говорящего.

Статья опубликована в журнале Royal Society Open Science. А о том, как мозг обманщика адаптируется к постоянной лжи, читайте на «Чердаке».

Другие новости на Чердаке:

Чем старше отец, тем вероятнее его сын будет гиком

Оливковое масло защищает мозг от болезни Альцгеймера

Старые оленихи знают, как обхитрить охотников



Ученые из Германии, Швеции и США выяснили, что человек может обнаруживать болезнь у других людей при помощи своего зрения и обоняния на самой ранней стадии развития болезни.

На протяжении всей эволюции человека, до наступления эры антибиотиков, инфекционные болезни были основной причиной смерти людей. Эпидемии оспы, холеры и чумы выкашивали целые города и страны. Но человечество выжило, потому что люди в процессе эволюции развили большой набор навыков выживания в опасной среде. Одним из таких важных навыков могло быть визуальное и обонятельное определение опасно больного человека и изолирование его от окружающих. Международная команда ученых решила проверить эту гипотезу — может ли человек по одному виду и запаху отделить больного от здорового. Для этого они провели двойной слепой плацебо-контролируемый эксперимент.

Для участия в эксперименте были приглашены добровольцы, которым с их согласия был введен эндотоксин липополисахарид (LPS). Это вещество является компонентом клеточной стенки бактерий и обнаруживается в крови людей, которые больны инфекционными болезнями: при распаде бактериальной клетки LPS попадает в кровь и вызывает воспаление, иммунный ответ организма. Еще одной группе добровольцев ввели безопасный физиологический раствор, не вызывавший никаких реакций. Затем обе группы участников эксперимента были сфотографированы (лица крупным планом), и у них взяли образцы запахов тела. После этого фото участников и образцы запахов показали третьей группе участников в количестве 30 человек.

При этом во время эксперимента участникам из третьей оценочной группы делали МРТ-сканирование мозга. Сканирование показало увеличение нервной активации сетей восприятия запахов и лица в головном мозге при разглядывании фото и вдыхании запахов «больных» людей. Как сказано в отчете исследователей, «супераддитивный (то есть сложенный из нескольких величин — «Чердак») эффект обонятельно-визуальной интеграции признаков болезни был обнаружен во внутритеменной борозде, которая была функционально связана с основными областями мультисенсорной интеграции в верхней височной борозде и орбитофронтальной коре».

Чтобы окончательно подтвердить свою гипотезу, ученые попросили участников из оценочной группы указать, посмотрев на фотографии, какие из людей выглядели больными, кого они считают привлекательными и с кем они хотели бы пообщаться. Участники эксперимента безошибочно определяли по фото «больных» людей, не считая их привлекательными и не желая с ними общаться. По мнению ученых, все эти полученные данные показывают, что у людей существует основанный на зрении и обонянии базовый поведенческий механизм, помогающий иммунной системе противостоять инфекциям.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ранее ученый выдвинул идею, что представление о слабости человеческого нюха лишь миф, и на самом деле мы можем чувствовать запахи не хуже животных.

Другие новости на Чердаке:

Люди разных культур врут по-разному

Ученые установили возраст самой старой планеты Солнечной системы

Недосыпание приводит к разрушению связей между нейронами



Группа ученых из Испании, США и Великобритании выяснила, что красное вино положительно влияет на центральную нервную систему человека благодаря микрофлоре кишечника.

Известно, что частое или обильное употребление алкогольных напитков наносит вред организму человека, особенно печени и мозгу. В то же время исследования указывают на то, что умеренное и регулярное употребление красного вина (250 мл в день) снижает риск развития нейродегенеративных заболеваний — болезни Альцгеймера и Паркинсона.

В основе развития болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона лежат оксидативный и нитрозативный стрессы. Это значит, что активные формы кислорода и азота повреждают различные структуры нервной клетки, что приводит к нарушению ее работы и гибели. Защитный эффект вина обусловлен тем, что его компоненты, проходя через кишечник, перерабатываются местной микрофлорой. В частности, флаван-3-олы красного вина под действием микроорганизмов превращаются в различные производные пропионовой, фенилуксусной и бензойной кислот. Эти метаболиты обладают важным свойством — они способны проникать сквозь гемато-энцефалический барьер человека — клеточный и молекулярный фильтр, защищающий нейроны от воздействия вредных веществ, которые могут содержаться в крови. «Микробные» метаболиты проходят барьер без проблем и оказывают прямое действие на мозг человека.

Для исследования положительного влияния производных пропионовой, фенилуксусной и бензойной кислот на нервную систему был использован следующий метод. Ученые выращивали культуры клеток из линии человеческой нейробластомы, затем, в течение 24 часов, культуры клеток содержались в растворах «кишечных» метаболитов различной концентрации. Затем клеточные культуры отмывались от этих растворов и на срок от 0 до 15 часов подвергались воздействию 3-морфолиносиднонимина (SIN-1). SIN-1 является веществом, которое используется для моделирования воспалительной реакции клетки с оксидативным и нитрозативным стрессом. На молекулярном уровне это выражается в нарушении структуры ДНК, липидов и белков клетки вплоть до их полного разрушения. Контрольные культуры выращивались без добавления реактивов.

Из всех «кишечных» метаболитов 3,4-дигидроксифенилуксусная кислота продемонстрировала способность защищать клетки от гибели как в низкой, так и в высокой концентрации. Производные пропионовой и фенилуксусной кислот в низких концентрациях уменьшили интенсивность вредного для клетки фосфорилирования, вызванного воздействием SIN-1.

Оксидативный и нитрозативный стрессы способны наносить повреждения клетке через запуск внутренних программ воспаления и апоптоза (запрограммированной клеточной смерти). Таких молекулярных программ по самоуничтожению в клетках заложено несколько, и они могут быть запущены одновременно. Таким образом, производные веществ, содержащихся в красном вине, тормозят сразу несколько этих вредных для клеток процессов. Это значит, что компоненты вина, подвергаясь метаболической обработке со стороны бактерий нашего кишечника, становятся веществами, защищающими нервную систему.

Исследование опубликовано в журнале Frontiers In Nutrition.

Ранее ученые выяснили, как сыр влияет на вкус вина.


04 мая 2017

VITA EX MACHINA № 5

Фото: dadblunders / Flickr

Фото: dadblunders / Flickr

В лабораториях бьются искусственные сердца, молекулярные компьютеры играют в крестики-нолики, а крошечные медицинские роботы учатся взаимодействовать между собой внутри наших тел. Люди всегда мечтали подражать природе, и теперь это получается у них все лучше. «Чердак» отбирает самые интересные бионические новости, чтобы вы не потерялись в этом новом, странном мире.

Про собак Павлова и выработанные у них условные рефлексы знают, наверное, все. С животными много раз повторяли одни и те же действия: сначала они слышали звон колокольчика (это был условный стимул), а потом им показывали кусок мяса (безусловный стимул), который предсказуемо вызывал у собак повышенное слюноотделение. Со временем условный и безусловный стимулы сцеплялись в сознании животного и собака начинала готовиться к пище сразу по звону колокольчика, даже если после этого никакого мяса не видела, то есть приобретала условный рефлекс, основанный только на «жизненном опыте».

Эти эксперименты проводили еще в конце XIX века, а теперь ученые пробуют воспроизвести мышление живых существ в электронике, используя для этого мемристоры — электронные компоненты, работа которых напоминает работу нейронов (и мемристоры, и нейроны могут менять свою проводимость в зависимости от прошедших через них сигналов). На мемристорах уже сымитировали разные виды памяти, а теперь китайские и немецкие ученые сформировали у них такие же условные рефлексы, как у знаменитых собак Павлова.

Исследователи использовали мемристор на основе пленки титаната стронция SrTiO3, которая с одной стороны контактировала с никелем (Ni), а с другой — с титаном (Ti). Эта структура многократно увеличивает свою проводимость с приложением небольшого напряжения в 4,5 В, а «переключается» обратно, в непроводящее состояние, только с приложением отрицательного напряжения в -5 В. В отсутствие напряжения, в «отключенном» состоянии, мемристор может сохранять свою проводимость в течение нескольких часов.

Потом к Ni и Ti подвели электроды, а весь мемристор последовательно соединили с резистором так, чтобы сигнал с Ni-электрода мог попасть на резистор прямиком (это был «безусловный стимул»), а с Ti-электрода — только через мемристор («условный стимул»). О возбуждении системы судили по потенциалу на резисторе: если он был больше 45 мВ, то считалось, что у «электронной собаки» течет слюна.

Работу системы проверяли с помощью тестовых сигналов амплитудой в 300 мВ. Изначально мемристор находился в непроводящем состоянии, и поэтому вызвать «возбуждение» на резисторе можно было только с помощью безусловного сигнала, который подавался на Ni-электрод, точно так же, как раздразнить обычную собаку можно только куском мяса, а не звоном колокольчика.

После этого начиналось обучение системы. На оба электрода подавали специфические сигналы, переводившие мемристор в проводящее состояние: ученые одновременно и звонили в «электронный колокольчик», и показывали «электронное мясо», после чего возбудить систему могли уже и одиночные маленькие импульсы на Ti-электроде.

От эксперимента к эксперименту исследователи меняли параметры обучения:

  • увеличивали временной зазор между электрическими импульсами условного и безусловного стимула — оказалось, что для обучения системы условный стимул должен идти перед безусловным, а оптимальный зазор между ними составляет 2-4 мс — так же, как звонок должен звенеть незадолго до появления мяса;
  • меняли временной интервал между актами обучениями: следующие импульсы пускали через 0, 50, 100 и 200 секунд после предыдущих, и чем больше был интервал, тем медленнее обучалась система — точно так же регулярность и частота повторения актов «звонок-мясо» повышает скорость обучения у собак;
  • увеличивали количество циклов обучения — чем больше циклов проходило, тем дольше мемристор был в проводящем состоянии и тем медленнее забывался условный рефлекс.

Так ученые с помощью сравнительно простой схемы воспроизвели самые характерные черты безусловных рефлексов собак Павлова.

Фото: Uqbar is back / Flickr

В идеальном случае наука не только занимается фундаментальными вопросами, но и ищет практические решения для насущных проблем. Поэтому не удивительно, что бактерии, ищущие взрывчаткупридумали именно в Израиле.

Новые миниатюрные саперы — это генномодифицированные кишечные палочки E. Coli, у которых в присутствии взрывчатки тринитротолуола или продуктов его распада запускается синтез специфического флуоресцентного белка. Ученые построили оптоэлектронную систему для улавливания этого свечения и начали полевые испытания.

На прямоугольном поле размерами в 3,8 на 1,1 метра они закопали мины, а также несколько пластиковых контейнеров, в некоторых из которых были только земля или песок, а в других — земля и песок, смешанные со взрывчаткой. Через несколько месяцев после минирования ученые закопали еще несколько контейнеров, а потом рассыпали по полю шарики, начиненные чувствительной E. Coli (в среднем на один квадратный сантиметр попало восемь бусинок).

Полисахаридная оболочка шариков была полупроницаемой, и со временем взрывчатые вещества просочились сквозь нее, а шарики стали светиться. Через 22 часа ученые с помощью оптической системы на расстоянии 20 метров от поля «сняли» картину свечения поля, вычли из нее фон, снятый сразу после рассыпания шариков, и в результате смогли найти все объекты со взрывчаткой, кроме свежезакопанных контейнеров — оттуда тринитротолуол еще не смог пробраться в верхние слои почвы.

Фото: Stefan Malmesjö / Flickr

Осязание, возможно, самое неуловимое из всех чувств. Мы хорошо умеем записывать звуки и визуальные образы, неплохо справляемся с «воспроизведением» определенных запахов или вкусов, но для тактильных ощущений часто даже не можем подобрать верных слов. Ученые исправляют эту ситуацию. Они изучают десятки рецепторов и механизмов, порождающих наши тактильные ощущения, и даже пробуют научить осязанию протезы. В новом исследовании сингапурские инженеры создали искусственную кожу, способную читать шрифт Брайля.

Их разработка имитирует работу одного из видов тактильных рецепторов — медленно адаптирующихся механорецепторов, которые лежат в эпидермисе и отвечают за распознавание «грубости» текстур в пределах 0,5 мм.

Сингапурская искусственная кожа — это плотная пленка из силиконового пластика толщиной 1 мм. В центре этой пленки нарощен куполообразный бугорок высотой 1,5 мм, заполненный электропроводящей жидкостью. От купола отходят два дугообразных канала (каждый шириной 100 мкм и глубиной 120 мкм), которые упираются в маленькие резервуары, где тоже может скапливаться жидкость.

Эта система распознает рельеф поверхности за счет изменений своего электрического сопротивления. Когда бугорок находит на препятствие, он продавливается, под давлением электропроводящая жидкость растекается по каналам к резервуарам, что приводит к заметному увеличению сопротивления системы.

В своей работе ученые сделали множество подготовительных экспериментов:

  • прикладывали различные давления — и нашли линейную зависимость: чем больше было давление, тем больше сопротивление;
  • водили искусственной кожей по поверхностям разной «грубости» — предел разрешения системы оказалась на уровне 0,5 мм;
  • меняли диаметр чувствительного купола — чем он был меньше, тем выше было разрешение «тактильного» электрического сигнала;
  • пробовали распознавать разные текстуры: поверхности с клинообразными и закругленными неровностями.

После этого в пленку встроили модуль для беспроводной передачи данных и намотали ее на указательный палец человека. В первом «полевом» эксперименте испытуемый водил по боковой поверхности бутылочных крышек с разным рельефом и по получавшимся профилям электрического сопротивления крышки можно было легко отличить друг от друга.

Потом электронную кожу проверили на более сложном задании — трех буквах (N, U, S), записанных шеститотечным шрифтом Брайля (каждая буква кодировалась двумя рядами по три точки). Человек постепенно проходил каждый ряд сверху вниз, и в результате из получившегося сигнала можно было однозначно восстановить все три буквы.

Фото: Matthias Ripp / Flickr

Шведы из Университета Линчёпинга очень любят эксперименты с растениями. Два года назад они закачали в розы электропроводящие полимеры и собрали внутри цветов простейшие логические схемы, потом похожим образом сделали внутри роз суперконденсаторы, а теперь шведы научились с помощью электроники управлять ростом корня резуховидки Arabidopsis thaliana.

В новой работе ученых все завязано на фитогормоне ауксине, который регулирует самые разные процессы в организме растений — от эмбриогенеза и морфогенеза до роста корневых волосков. Сегодня существует уже много методов для «закачивания» ауксина внутрь растений (спреи, добавки в почву или микрофлюидные системы), но все они недостаточно точные.

Вместо этого шведы использовали электропроводящие полимеры, а точнее органический электронный ионный насос — устройство, в котором с помощью электрического тока можно управлять потоком ионов или небольших молекул. Они синтезировали разветвленный полимер, который формировал каналы, идеально подходившие для ауксина, сделали на его основе насос и начали эксперимент.

В предварительных испытаниях ученые показали, что их устройство с приложением очень маленького тока в 1 мкА может «накачивать» потоки фитогормона, достаточные для изменения поведения растений. Потом шведы высадили саженец резуховидки в питательную среду агар-агара и подвели сбоку к его корню насос и лазерный микроскоп, фиксировавший положение корня. Поток ауксина достоверно замедлил развитие корня уже через 15 минут после начала эксперимента, а уже через час скорость роста корня уменьшилась почти в два раза (без насоса она составляет 4,7 микрометра в минуту, с насососом — 2,4 микрометра).

До этого шведы не раз писали, что с помощью электропроводящих полимеров, способных проводить как ионные токи, характерные для живых организмов, так и обычные токи электронов и дырок, управляющие нашей электроникой, рано или поздно можно будет практически в реальном времени управлять физиологическими процессами. Теперь их обещания начинают сбываться.

Другие новости:
Ученые создали самый быстрый в мире метод съемки
Кому и зачем нужна интеллектуальная собственность
Россияне счастливы, но скрывают это 


Американские специалисты по машинному обучению выяснили, что если «учить» компьютерные алгоритмы восприятию человеческого языка на примере реальных текстов из сети, то машина в итоге перенимает от их авторов стереотипы, в том числе гендерные и расовые.

Специалисты по информационным технологиям из университетов Принстона и Бата (Британия) обучили популярный алгоритм GloVe, который часто используется в проектах по машинному обучению, на корпусе текстов на английском языке, содержащих в сумме 840 миллиардов слов. Затем ученые разработали для машины аналог теста подсознательных ассоциаций. Этот разработанный в конце 1990-х в Вашингтонском университете тест активно используется в психологических и социологических исследованиях: в нем предлагается объединить в пары различные понятия и оценивается скорость принятия решений — чем быстрее человек связывает два понятия, тем ближе они для него. У GloVe вместо скорости реакции оценивали близость векторных моделей ассоциаций для каждого слова, которые создает алгоритм.

С помощью этого теста за всю историю его применения у людей нашли множество разных стереотипов и предпочтений. Например, цветы людям в целом приятнее насекомых, музыкальные инструменты приятнее оружия, молодых люди предпочитают пожилым, а худых — толстым. В данном случае удалось воспроизвести эти результаты на GloVe. Например, вслед за людьми машина сильнее ассоциировала женские имена с понятиями, связанными с семьей, например с «родителями» или «свадьбой», а мужские — с карьерой и профессиями. А имена, звучащие как афроамериканские, чаще, чем «европейские», ассоциировались с чем-то неприятным.

Один из разработчиков исходного «человеческого» теста, психолог из Вашингтонского университета Энтони Гринуолд в комментарии к статье пишет, что разработанный учеными «компьютерный» тест полезен не только для того, чтобы уличать роботов в расизме и сексизме. Например, он может помочь восстановить историю изменений человеческих стереотипов, проанализировав тексты, появившиеся еще до создания теста подсознательных ассоциаций. Скажем, в последние 15 лет тест подсознательных ассоциаций показывает медленное, но стабильное смягчение предубеждений против геев и лесбиянок, и анализ текстов мог бы помочь понять, когда именно возникла эта тенденция. Кроме того, тест создает новые возможности для проверки «спорной», по словам Гринуолда, гипотезы лингвистической относительности, также известной как гипотеза Сепира — Уорфа. Согласно этой гипотезе, именно язык и его особенности определяют мировоззрение и мышление его носителей.

Авторы статьи предупреждают, что по мере того, как технологии машинного обучения будут играть все более важную роль в принятии решений, риски закрепления неприятных особенностей мышления, с которыми сами люди пытаются бороться, возрастают. Уже сейчас в «сексизме» замечен онлайн-переводчик Google Translate: переводя предложения «он(а) врач» и «он(а) медсестра или медбрат» с гендерно нейтральных турецкого, финского, эстонского, венгерского и персидского на английский, он автоматически «назначает» врача мужчиной, а медсестру — женщиной.

«Если алгоритмы, используемые, например, для предварительного отбора резюме, будут перенимать культурные стереотипы, это приведет к несправедливым решениям», — пишут ученые. По их мнению, чтобы разрешить эту проблему, стоит разобраться, как прямо прописывать допустимое и недопустимое поведение машины.

«Надеюсь, задача «очистки» решений искусственного интеллекта от влияния предрассудков и стереотипов окажется более решаемой, чем аналогичная и пока неразрешимая задача для людей», — пишет Гринуолд.

Лингвист, доцент факультета гуманитарных наук НИУ ВШЭ Борис Орехов пояснил «Чердаку», что еще некоторое время назад ученые обнаружили, что из больших коллекций текстов, которые стали доступны в электронном виде, можно компьютерными методами извлекать знание об устройстве человеческих представлений.

«Много шума наделала статья в том же Science в 2010 году, в которой фактически было объявлено о создании новой научной дисциплины — культуромики, которая исследует человеческие представления в исторической плоскости с помощью поиска определенных слов в отсканированных Гуглом книгах. Демонстрируя этот подход, очень любят показывать, что слова «религия» и «наука» в истории западной культуры находятся в отношениях обратной корреляции: роль первой неуклонно снижается, а второй — растет, при этом наука обходит религию по упоминаемости в книгах, а стало быть, по значимости, примерно в 1930-х годах», — рассказал Орехов.

Похожие идеи по анализу ассоциаций для каждого слова воплощаются и на русском языке: в интернете доступен сайт RusVectōrēs, который позволяет на русских текстах вычислить близость слов друг к другу и построить карту их отношений, говорит ученый. В целом новая работа специалистов вряд ли удивит: основная проблема такого рода статей, по мнению Орехова, в том, что выводы, которые в них делаются, банальны: «Мы, в общем, и так знали, что цветы нравятся людям больше, чем насекомые».

«Это исследование в самом деле скорее не рассказывает человеку о нем самом — человек все это про себя и так знал, а стремится наладить способ сообщения человеческого и даже «слишком человеческого», как говорил Ницше, будущему искусственному интеллекту, который, как говорят одни, появится в течение пары десятилетий, а другие — что не появится никогда», — считает ученый.

Так что желтые заголовки о том, что «роботы перенимают у людей расизм и сексизм», в какой-то мере могут быть оправданы, заключает Орехов.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Чему хорошему (и плохому) учат машины российские ученые на Физтехе, читайте в материале «Чердака».


Другие новости:

Минобр назвал 22 опорных вуза России

Бег социально заразен

Самая правдоподобная случайность получается в 25 лет



Самое обсуждаемое

Популярное за неделю

Сегодня в эфире