«Кинофильм», снятый внутри мозга

Применение технологии искусственного интеллекта (AI) для распознавания людей по форме их ушной раковины. Иллюстрация Physorg

ТОМОС по-гречески означает «срез». По-латыни – «секция» (sectio, secare). Изучением этих срезов и секций почти полтора века занимается гистология. Так, на 2000 срезов был «порезан» мозг вождя мировой революции, а также мозги других людей.

Неудивительно, что, когда появились аппараты, делающие разными способами виртуальные «срезы» живых органов, их назвали томографами. Одним из них воспользовались профильные сотрудники Российской академии наук, которые «разрезали» обонятельную луковицу, лежащую под лобной долей мозга, получив 4000 «уровней» (Bulbus olfactorius). Выбор ее был обусловлен тем, что она довольно большая и к тому же автономна. То есть изолирована от всей массы нашего важнейшего органа – мозга. Реконструировать «бульбу» в целости и сохранности помог авторам искусственный разум (AI), на счету которого в последнее время много достижений.

Одно из них журнал Science представил недавно на своей обложке, где на разных уровнях показаны созданные человеком и с помощью ИИ коды. По мнению английских ученых, AI облегчает работу программистов и создателей алгоритмов для машинного обучения.

В России сообщалось о применении программы, созданной студентами Амурской медакадемии, для прибора окраски срезов. Он использует метод их автоматической окраски. В результате облегчается диагностика заболеваний. Алгоритм может применяться также по ходу операции (интраоперационно), что позволяет хирургам, проводящим операцию, узнавать о степени злокачественности непосредственно у стола. Подобно квантовому компьютеру, тщательно «следящему» за уровнем допускаемых ошибок, студенческая разработка осуществляет сбор «информации о возможных ошибках и нарушениях», которые «могут произойти при работе программы».

Вполне возможно, что вскоре наступит время такого уровня миниатюризации технологий, что станет возможным создание капсулы, вводимой внутривенно человеку. Капсула сама подбирается к опухоли и с помощью «мощных» лазеров удаляет новообразование. Такой сценарий описан даже в одном из «медицинских» романов. Кстати, роман был написан в то время, когда про иммунную систему знали только узкие специалисты. Тем не менее капсуле приходилось «спасаться» от пытавшихся ее «сожрать» мечниковских макрофагов.

Пока же сотрудники Института нейробиологии поведения в Бонне (ФРГ) создали микрокамеры весом всего 2 г. Три камеры удалось закрепить на скальпе мыши. Это позволило отследить участие клеток разных слоев мышиной коры мозга, возбуждение которых определял возбуждающий нервные клетки белок калмодулин (CaMP). Потенциал действия нейронов определяется ионными токами калия и натрия, но триггером для включения протеиновой «помпы» служат все-таки ионы кальция.

Авторы показали, что генетически модифицированные животные перестали бояться света, хотя грызуны в большинстве своем ведут ночной образ жизни. Оказалось также, что активность нейронов 4-го и 6-го слоев коры мозга модулируются разными уровнями освещенности. Результаты этой работы опубликованы в журнале Nature Methods.

Послойное погружение важно с точки зрения исследования патологических процессов, наблюдаемых при расщеплении (разделении) мозга на два полушария, то есть при шизофрении. (Греки еще в античные времена именно так описывали мозг.) Сегодня учеными Гарварда, а также университетов Будапешта и Копенгагена на примере более 220 тыс. нейронов показано, что при шизофрении в первую очередь страдают нервные клетки самого первого (верхнего) слоя коры. Подтверждено это было с помощью классической гистологии. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Последний пример миниатюризации дал университет штата Вашингтон в Сиэтле, где создали образчик gnat-робота (англ. Gnat – комар). Попытки сделать что-то размером с этого гнуса, донимающего людей и животных в тундре, делались и раньше, но мешал вес кремниевого гироскопа, пишет издание Science Robotics.

А в Сиэтле сделали робота весом 10 мг совсем без гироскопа (G-free), у которого ничтожный вес сочетается с широкой полосой пропускания информации (bandwidth). Помогает роботу стабилизировать положение в пространстве вполне доступный акселерометр весом 2 мг, который имитировал работу контроллера полета – flight controller – у мушки дрозофилы (D. meanogaster). Авторы работы отмечали, что их биологически вдохновленный подход позволил создать миниатюрный коптер весом с рисовое зернышко. И этот «вертолет» способен реагировать на порывы ветра, стабилизируя положение устройства подобно дрозофиле. n