Оцифровка мозга

Десятимесячный мини-мозг оказался похож по нейронной активности на мозг недоношенных детей

Исследователям удалось увидеть в органоидах коры головного мозга электрическую активность, очень похожую активность мозга недоношенных детей. На исходе двух месяцев культивации в них органоидах зафиксировали вспышки нейронной активности: поначалу сигналы были синхронизированы, но потом их паттерн усложнился по мере взросления органоидов. Ученым удалось поддерживать рост клеток органоида мозга в течение десяти месяцев, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell Stem Cell.

Технология выращивания органоидов позволяет перепрограммировать клетки таким образом, что из них при делении вырастает крохотная модель эмбрионального мозга. Несмотря на очень скромный размер (обычно с горошину) эти мини-мозги ведут себя во многом как настоящие: в них могут бытьхарактерные для настоящего мозга слои нейронов и деление на отделы, а активность генов оказывается похожа на активность мозга на 8–16 неделях после зачатия. Обычно органоиды растут не очень долго и начиная с определенного момента — он наступает в разное время для разных классов органоидов — перестают достоверно воспроизводить мозговые процессы. Отчасти это связано с тем, что при достижении определенного размера им становится тяжело расти вне обычного окружения, например без снабжающих их обычно кислородом сосудов. Из-за этого до недавнего момента исследования на органоидах воспроизводили только начальные этапы роста мозга.

Сотрудникам из Лаборатории Элисона Миотри (Alysson R. Muotri) Калифорнийского Университета в Сан-Диего удалось поддерживать рост клеток органоида мозга в течение десяти месяцев. За такое долгое время нейроны органоидов успевают не только дифференцироваться в сложные структуры с большим числом разных клеток, но и начать общаться и формировать нейронную сеть. Модели со зрелыми формирующими синапсы нейронами научились делать еще в 2015 году, но в новом исследовании удалось сделать их настолько аккуратно, что их электрическая активность оказалась удивительно похожа на таковую у недоношенных детей.

Оптимизация протоколов выращивания привела к тому, что органоиды оказались удивительно похожи на человеческий мозг как в плане разнообразия нейронов, так и их электрической активности. Четыре раза за десять месяцев ученые отбирали образцы для РНК-секвенирования отдельных клеток, чтобы найти в них активность, специфичную для разных типов нервной ткани. Всего исследователи проанализировали 15990 клеток, относящихся к одному из пяти основных классов: клетки-предшественники, промежуточные клетки предшественники, глиальные летки, глутаматергические нейроны и ГАМК-ергические нейроны, которые обычно встречаются в коре головного мозга только у приматов. В зависимости от возраста органоида соотношение этих клеток менялось.

Чтобы замерить электрическую активность в органоидах, их выращивали на мультиэлектродных чипах, которые улавливали электрические импульсы и записывали их в виде электроэнцефалограммы. У людей по мере развития паттерн ЭЭГ меняется: чем старше мозг, тем меньше промежутки между вспышками активности нейронов. Ученые получили аналогичную динамику для своих органоидов, а в качестве верификации сравнили электрические паттерны органоидов с ЭЭГ 39 недоношенных детей.

Дополнительно они попытались научиться предсказывать возраст органоидов по ЭЭГ — такая проверка дала бы дополнительную уверенность, что развитие органоидов идет по такому же пути что и в настоящих мозгах и может служить адекватной моделью для их исследования. Они обучили нейронную сеть предсказывать возраст на обычных образцах ЭЭГ, а затем попробовали этой сетью предсказать возраст органоидов. Оказалось, что нейросеть хорошо справляется с этим заданием, — особенно в случае органоидов постарше.

В своей прошлой работе исследователи из той же лаборатории вырастили органоиды с мутациями, характерными для неандертальцев. Чем они отличались от обычных органоидов, можно прочитать тут.

Источник: https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fnplus1.ru%2Fnews%2F2019%2F08%2F30%2Forganoidslikebabies&promo=navbar&utm_referrer=https%3A%2F%2Fzen.yandex.com

https://lenta.ru/news/2019/09/01/brain/?utm_referrer=https%3A%2F%2Fzen.yandex.com%2F%3Ffrom%3Dspecial&utm_source=YandexZenSpecial

История системы reCAPTCHA. Останови спам, читай книги

Каждый из нас чуть ли не каждый день сталкивается с так называемой «капчей». CAPTCHA (от англ. Completely Automated Public Turing test to tell Computers and Humans Apart — полностью автоматизированный публичный тест Тьюринга для различения компьютеров и людей) — компьютерный тест, используемый для того, чтобы определить, кем является пользователь системы: человеком или компьютером. Чаще всего капча представляет собой искажённый текст, который необходимо расшифровать пользователю, также существуют и другие вариации, но сегодня речь пойдёт не о них. Ниже мы поговорим именно о текстовой капче и её наследнике — системе reCAPTCHA.

Вступление

В 2000 году термин «CAPTCHA» придумали и зарегистрировали как товарный знак в университете Карнеги-Меллона. Капчу изобрели для противодействия спамерам, которые и поныне докучают владельцам сайтов. Целью было разработать такой механизм, который не позволял бы, скажем, проходить регистрацию или оставлять комментарии на сайте ботам, то есть не людям. Также капча используется на файлообменниках для получения ссылок на скачивание файлов. А что такого может сделать человек в сети, чего не сделает компьютер? В скорости решения математических задач, например, мы уже давно уступаем машинам. Абстрактное мышление — уникальная способность человеческого мозга, которая ставит его над компьютером. Именно от этого и отталкиваются все разновидности капчи.

CAPTCHA

Собственно, оригинальная, текстовая капча. Её принцип базировался на том, что человеку не составит особого труда распознать каким-либо образом искажённые буквы, а вот компьютеру сделать это будет куда сложнее. Символы всячески вытягивались, наслаивались, перечёркивались и сливались с фоном. Но спамерская братия не дремлет. С каждым днём разрабатывались продвинутые алгоритмы, которые с большой точностью разгадывали капча-послания. От этого механизмы самой капчи тоже непрерывно усложнялись. В итоге наступил тот момент, когда уже самим людям стало трудно распознать «код для проверки».

Отсюда же начинается огромное поле для дискуссий. Во-первых, капча отнимает у пользователя время. В среднем это 10 секунд, казалось бы, мелочь, но представьте, что ежедневно проверку проходят более 200 миллионов кодов, сгенерированных системой reCAPTCHA. Об этом времени мы поговорим позже. Во-вторых, капча, к сожалению, является непреодолимым барьером для людей с ограниченными возможностями. И в-третьих, капча отнимает пользователей. Возможные потери клиентов у сайтов с капчей составляют около 3%.

Как видим, система довольно таки неоднозначная. Она имеет как и свои плюсы, так и минусы. Это породило огромное количество аналогов: логические задачи, определение изображений, интерактивные капчи и много других. От оригинальной CAPTCHA многие сайты не отказались и пользуются ею  до сих пор. А команда, придумавшая капчу в университете Карнеги-Меллона, не прекратила работу и спустя несколько лет представила миру систему reCAPTCHA.

reCAPTCHA

reCAPTCHA используют Facebook, Twitter, StubleUpon и еще приблизительно 350000 других сайтов. Как я написал выше, ежедневно проверку проходят более 200 миллионов кодов, сгенерированных системой reCAPTCHA. На расшифровку человеком каждого тратится в среднем 10 секунд. То есть каждый день человечество тратит тысячи часов на прохождение капчи. Согласитесь, не самое полезное занятие. Об этом же подумали и создатели reCAPTCHA. Их целью стало создать такую капчу, которая кроме остановки ботов еще бы приносила пользу. Но что полезного может сделать человек за эти десять секунд? Ответ гениален, необычен и невероятно креативен — оцифровывать книги. Действительно необычно, сразу же напрашивается вопрос: «Как?» Дело в том, что оцифровка книг, газет и журналов не такая уж простая задача для современных программ. Попадаются такие тексты, которые машина распознает с 90% успехом, но бывают и такие, которые компьютер не распознает вовсе. Так получается из-за качества сканируемых материалов. Понятно, что за десятки лет печатная продукция из архивов выцвела, потрескалась, кое-где поплыли краски, поэтому OCR-программы не могут справится с их распознаванием. Человеческий мозг же, напротив, делает это очень легко. Таким образом у reCAPTCHA получилось убить сразу двух зайцев: остановить спам и оцифровывать книги в мировых масштабах.

На практике reCAPTCHA представляет из себя два искаженных слова, взятых из любой печатной продукции, которую оцифровывают в данный момент. Значение первого слова reCAPTCHA знает заранее, именно по нему система определяет, кто пытается пройти тест — программа или человек. Второе слово reCAPTCHA неизвестно, именно оно является проблемным для систем OCR, именно его с помощью пользователей предстоит расшифровать, и именно оно является частичкой той книги или газеты, которую оцифровывают. Второе слово показывают тысяче (точную цифру создатели не раскрывают) пользователей. Самый популярный вариант, который предложили люди, считается истинным. Для людей с ограниченными возможностями возможностями доступна аудио-версия reCAPTCHA.

В 2009 reCAPTCHA была приобретена компанией Google.  С тех пор пользователи трудятся на благо Google Books и Google Street View. Если с первым всё понятно, то для второго люди расшифровывают номера домов или таблички с названиями улиц. Тут же открылось новое поле для дискуссий, его активисты заявляют: «Google зарабатывает на нас, но мы ничего с этого не имеем». Сторонники этого движения вместо второго слова в reCAPTCHA вводят всевозможные ругательства в надежде на то, что они попадут в цифровой вариант книги и таким образом запятнают репутацию Google. Но количество таких людей несоизмеримо мало по сравнению с общим количеством пользователей reCAPTCHA, поэтому их усилия, в большинстве случаев, не увенчиваются успехом.

Также reCAPTCHA породила интересный интернет-мем. Его суть заключается в том, что люди смотрят на слова reCAPTCHA не по отдельности, а рассматривают их как словосочетание. Например, известны такие капчи как «raps now», «don’t type», «listen Bieber» и «bring towels».

Заключение

На сегодняшний день капча не может эффективно противостоять спамерам. Точнее, уже не может, проблема состоит в её постоянном усложнении, людям трудно её понять. Да и заказать 1000 расшифровок reCAPTCHA у жителей Азии стоит всего лишь $1. Защиту от ботов нужно совершенствовать, пересматривать её концепцию. Но пост не об этом. Эта заметка рассказывает о том, насколько изящными могут быть решения даже в такой скучной области как капча. И если бы все вещи в интернете, да и не только, разрабатывались с таким же подходом, жить стало бы действительно приятнее и легче.

© KEDDR.com

Начаты работы по созданию чипа-имплантата, способного преобразовать сигналы всех нейронов мозга в двоичный код

Представители Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA объявили о начале новой программы, нацеленной на создание чипа-имплантата, способного стать высокоэффективным "мостом" между человеческим мозгом и цифровыми электронными устройствами. Технологии, разработанные в рамках программы Neural Engineering System Design (NESD), позволят подключать мозг человека напрямую к специализированному суперкомпьютеру, а на практике это можно будет использовать во многих областях, включая конструирование, науку и здравоохранение.

Трудности, с которыми придется столкнуться участникам программы NESD при разработке аппаратных средств и средств программной поддержки, можно охарактеризовать термином "феноменальные". Для того, чтобы добиться успешного конечного результата, участникам программы придется совместить в одно целое знания и опыт из самых различных областей науки и техники, начиная от синтетической биологии, нейробиологии и заканчивая низкопотребляющей высокоэффективной электроникой. А самой сложной задачей станут технологии детектирования и транскодирования не только электрических нервных сигналов, но и сигналов электрохимической природы, при помощи которых производится обмен информацией между нейронами. Это, в свою очередь, позволит не только кардинально увеличить точность работы системы интерфейса мозг-компьютер, но и увеличить разнообразие информации, получаемой напрямую из мозга человека.

Если реализация программы NESD окажется успешной, то у новых систем интерфейса будет очень и очень обширный круг областей применений. И речь здесь идет не только о сборе данных о работе головного мозга, в перспективе все это может позволить использовать возможности мозга для решения сложнейших задач, которые являются слишком тяжелыми даже для самых современных и мощных суперкомпьютеров.

BrainBridge представили концепцию пересадки головы

BrainBridge представили систему пересадки головы с последующей реабилитацией. Хотя, точнее это будет назвать пересадкой тела. У более молодого донора с мертвым мозгом берется все тело и сращивается с головой реципиента, у которого тело было предварительно удалено. Операции производятся одновременно с помощью роботов-хирургов. Тела охлаждаются до температуры 5 градусов Цельсия, при этом используется кастомная плазма. Для сращения нервов и формирования новых нервных связей между головой и новым телом в месте сращения на позвоночнике помещается специальный электронный имплант. Кроме того, производится полная трансплантация лица со всеми тканями и нижней челюстью от молодого донора старому реципиенту.

После этого всего реципиент месяц проводит в коме под постоянным наблюдением, а дальше начинается процесс реабилитации.