развитие экономической науки

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.

Выявлен генетический профиль наиболее агрессивного рака почки

Исследователи из НИУ ВШЭ определили гены, связанные с развитием наиболее агрессивного подтипа светлоклеточного рака почки. Изучив образцы опухолей 456 пациентов, научный сотрудник Международной лаборатории биоинформатики факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ Григорий Пузанов определил подтипы рака с неблагоприятными и благоприятными прогнозами. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports. 

Светлоклеточный рак — наиболее распространённый подтип рака почки. По статистике, после пяти лет лечения в живых остаются 60–70 пациентов из 100, при этом за последние десятилетия число новых случаев заболевания увеличилось. Несмотря на большой накопленный объём данных, информация о генах человека, позволяющих прогнозировать течение болезни, изучена не полностью. 

Исследователь из НИУ ВШЭ Григорий Пузанов провёл аналитическую работу по поиску опасных подтипов рака и ключевых генов, отвечающих за развитие болезни. Новая информация позволит выявлять агрессивные опухоли на ранней стадии и будет полезна при разработке персонализированных методов лечения.

Для анализа было взято 456 образцов опухолей из Атласа генома рака (TCGA), для которых не проводилась лучевая или фармакотерапия. Подтипы рака выделялись с помощью метода k-средних, когда выборку делят на подгруппы со схожими свойствами. Основой для применения метода стала информация о 2000 генах с наиболее меняющейся экспрессией при светлоклеточном раке почки. 

Экспрессия — это процесс, в ходе которого ген считывается, формируется его копия в виде матричной РНК и затем эта копия используется для синтеза белка.

Биоинформатический алгоритм на каждом этапе (100 повторов) сортировал образцы опухолей по схожести экспрессии этих 2000 генов. В результате было выделено три кластера (подтипа) с разной выживаемостью пациентов. Для обнаруженного кластера с худшей выживаемостью характерно наличие метастазов и наиболее плохой ответ на последующую терапию.

Исследование проводилось в несколько этапов. На первом изучались особенности каждого из кластеров. Это позволило понять, какие генетические причины могут влиять на развитие болезни. Затем были выявлены гены, характерные для кластеров, отвечающих за высокую и низкую выживаемость, и построена сеть взаимодействий для белков, синтез которых кодируют эти гены.

Кластеризация методом k-средних образцов ccRCC из базы данных TCGA / Grigory Puzanov / Scientific Reports

В результате были обнаружены ключевые гены, кодирующие белки с наибольшим количеством связей в построенной сети взаимодействий. Так, в подгруппе, связанной с низкой выживаемостью человека, оказались гены MFI2, CP, APOB, ENAM. Они участвуют в регуляции транспорта инсулиноподобного фактора роста (белка, по структуре похожего на инсулин) в клетке и посттрансляционной модификации белков. ​​Также в число ключевых попали гены, кодирующие цепи фибриногена и протромбина, связанные с процессами свертывания крови в организме человека: FGA, FGG и F2.

Некоторые из этих ключевых генов могут определять эффективность применения противоопухолевых препаратов. Например, повышенная активность генов CP, FGA и FGG связана с отсутствием эффекта от лекарства ниволумаб, а APOB и ENAM — от препарата сунитиниб. Зная это, специалисты могут подобрать наиболее эффективное лечение для пациентов со злокачественной опухолью.

Григорий Пузанов 
Научный сотрудник Международной лаборатории биоинформатики факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ

По мнению исследователя, сочетание традиционных противоопухолевых препаратов и антикоагулянтов, способствующих медленному свертыванию крови, может повысить эффективность лечения. Так, уже есть доказательства, что гепарин, использующийся для лечения тромбозов, приводит к увеличению выживаемости и снижает риск возникновения метастазов.

Сурс

Повреждения синапсов, вызванные болезнью Альцгеймера, обращены вспять

У мышей.

Команда исследователей из бывшего подразделения Института науки и технологий Окинавы успешно обратили симптомы Альцгеймера у трансгенных мышей. Они добились этого с помощью синтетического пептида PHDP5, который легко проникает через гематоэнцефалический барьер и воздействует напрямую на центры памяти.

Главным фактором болезни Альцгеймера является здоровье синапсов. Синапсы — это соединения между нейронами, где информация передается от одного нейрона к другому через химические нейротрансмиттеры, заключенные в синаптические пузырьки. Эти пузырьки необходимо постоянно перерабатывать, чтобы обеспечить стабильное снабжение, и важным шагом в процессе переработки пузырьков является восстановление мембраны (эндоцитоз) белком динамином, который отрезает пузырек от клеточной мембраны. Динамин доступен во всех нейронах либо свободно, либо связан с микротрубочками, составляющими цитоскелет клеток.

Главный злодей тут - тау-белок, который при нормальных условиях участвует в стабилизации микротрубочек. Но на ранних этапах Альцгеймера тау начинает отделяться от микротрубочек. Будучи свободно доступным, тау-белок пересобирает микротрубочки, высасывая динамин из клеток, делая его недоступным на последнем этапе эндоцитоза. 

(Кстати, именно в микротрубочках, по мнению Пенроуза и Хамероффа, обитает наше квантовое сознание)

По мере прогрессирования Альцгеймера накопленный тау собирается в нейрофибриллярные клубки, которые являются отличительной чертой болезни. К тому времени, когда эти клубки обнаруживаются на сканировании мозга, лечить болезнь зачастую бывает уже слишком поздно.

Предотвращая взаимодействие между динамином и микротрубочками, PHDP5 оставляет динамин доступным для эндоцитоза, что восстанавливает нормальную коммуникацию между нейронами внутри синапсов на ранней стадии болезни.

В опытах на трансгенных мышах с болезнью Альцгеймера исследователи показали, что PHDP5 восстанавливает память и способность к обучению до уровня, сравнимого со здоровыми мышами.

Чтобы измерить способность к обучению, мышей помещали в водный лабиринт Морриса, в котором, следуя визуальным подсказкам, они должны были найти спасительную платформу. Каждый день проводилось по четыре испытания. После четырех дней у здоровых мышей и у мышей с Альцгеймером, получивших лечение, среднее время нахождения платформы уменьшилось с первоначальных 50 секунд до 20. У мышей, не получавших лечение, это время почти не изменилось, т. е. они ничему не научились.

Хотя PHDP5 и не излечивает болезнь Альцгеймера, он позволяет на ранних стадиях обратить вспять когнитивные нарушения. Возможно, в будущем это поможет людям избегать проявлений болезни до глубокой старости.

Шаг на пути к анабиозу человека: биологи научились вводить обезьян в спячку

Пока учёные не придумали способов путешествия быстрее света, полёты к звёздам для человека остаются крайне сложным делом из-за ограниченности человеческой жизни и огромных расстояний между светилами.

Более-менее реалистичными пока представляются два варианта – корабль поколений, на котором поколения сменяют друг друга сотни и тысячи лет, или же искусственный анабиоз, во время которого человеческий организм почти не функционирует.

Ещё один шажок по второму пути сделали китайские специалисты из Шэньчжэньского института передовых технологий при Китайской академии наук. Им удалось при помощи определённых химических веществ вызвать у обезьян состояние, напоминающее зимнюю спячку. Результаты работы были опубликованы в журнале The Innovation.

Активировав часть нейронов из преоптической области гипоталамуса макак-крабоедов, учёные смогли вызвать у последних гипотермию. Таким образом учёные продемонстрировали возможность управления регулировкой температуры тела у приматов.

Некоторые животные умеют впадать в состояние спячки (зимняя спячка называется гибернацией), позволяющее им переносить слишком низкие температуры или низкое содержание кислорода в воздухе. В таких случаях температура тела падает, метаболизм замедляется до минимума, позволяя телу оставаться живым и тканям не атрофироваться.

Среди приматов спячка – крайне редкое явление. Человек обычно не умеет входить в такое состояние, однако наука зафиксировала несколько случаев, когда такое происходило случайно. Самый долговременный пример – случай с Мицутака Утикоси, 35-летним японцем, проведшим 24 дня без еды и воды, а потом полностью восстановившимся.

Учёные обнаружили, что N-оксид клозапина — синтетическое лекарственное средство, используемое в основном в биомедицинских исследованиях – способно вызывать гипотермию как у макак под наркозом, так и у активных бодрствующих зверьков.

В итоге данной работе впервые у приматов была успешно вызвана гипотермия путём воздействия на определённые нейроны.

Ученые разработали препарат, имитирующий физические упражнения для снижения веса и сохранения мышц.

В связи с растущей распространенностью ожирения во всем мире — миллионы людей, некоторые из которых страдают от таких серьезных осложнений, как диабет и сердечно-сосудистые заболевания, — как никогда остро встает вопрос о поиске эффективных медицинских решений. Именно на этой основе был разработан экспериментальный препарат SLU-PP-332, имитирующий благотворное влияние физических упражнений на обмен веществ. Полученный в результате глубоких исследований, проведенных в Университете Флориды, он открывает новые перспективы в лечении ожирения и метаболических заболеваний. Первые испытания на мышах показали снижение веса и повышение выносливости, при этом аппетит и уровень физической активности не изменились, мышечная масса не уменьшилась и не сохранилась. Исследование опубликовано в журнале Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. Каков механизм действия этого чудо-средства? 

Улучшение чувствительности к инсулину и снижение содержания жира в организме особенно актуальны для лечения таких заболеваний, как ожирение и диабет 2-го типа, при которых часто нарушается регуляция углеводного и липидного обмена. Эти результаты дают надежду, особенно тем людям, чьи возможности заниматься спортом ограничены из-за имеющихся заболеваний или физических ограничений. Для таких людей препарат SLU-PP-332 может стать реальной альтернативой для улучшения метаболического здоровья, снижения массы тела и уменьшения риска развития заболеваний, связанных с ожирением, без ограничений и трудностей, связанных с регулярными физическими нагрузками. Более того, отмечает Беррис, этот препарат также обладает значительным потенциалом для сохранения мышечной массы, что является важнейшим фактором в таких процессах, как снижение веса и старение. Действительно, потеря мышечной массы является неизбежным следствием процессов старения и снижения веса. Он добавляет: "Это может позволить людям оставаться здоровыми с возрастом". В другой работе, которую лаборатория Берриса готовится опубликовать, исследователи обнаружили, что это соединение может также лечить сердечную недостаточность, укрепляя сердечную мышцу.

https://new-science.ru/uchenye-razrabotali-preparat-imitirujushhij-fizicheskie-uprazhneniya-dlya-snizheniya-vesa-i-sohraneniya-myshc/

Теория Игр

Приветствую вас уважаемые пидоры и пидорессы. Последние несколько лет я  активно изучаю и использую на практике раздел математики, который называется "Теория Игр". Научная степень и работа, связанная с сабжем прилагаются. Мне было бы интересно рассказать об этом разделе науки, а быть может и поговорить на отдельные темы, если тут имеются пидоры-коллеги.

Про сабж

История возникновения и всякие первенства в формулировании основных принципов - отдельный срач. Однако где-то в районе середины 20го века в этом направлении было сделано довольно много, что бы сформулировать основные постуулаты и законы. В дальнейшем их развивали и допиливали, но главное в том, что ТИ начала давать практические результаты и ей занялись всерьёз.

Тут важно сразу отметить следующее: в английском языке слово "game" имеент очень широкое значение. Game Theory - это не столько про игры, сколько про "состязания" или "борьбу". Вахаёбы, Дюнаёбы и историки Первой Мировой могли слышать  выражение "Big Game" - великие противостояние. Таким образом "Теория Игр" - это математическая теория, которая моделирует стратегические противостояния. Моделирует - значит создаёт некие модели, которые могут предсказать события, найти компромисы или оптимальную стратегию в противостоянии. Пример: одна из Нобелевок (ха-ха я в курсе, что это на самом деле не Нобелевка) ушла за обоснованый выбор лучшего формата аукционов. Аукцион второй цены - лучший способ распределить ресурсы тем, кому они действительно нужны, по справедливой цене. Однако игры оооочень часто используют что бы объяснить какие-то закономерности на простом примере. По этой причине часто возникают занятные срачи, в которых десяток профессоров с мировым именем срутся из-за детской игры.

Частоупоминаемые подразделы сабжа

War Games - моделирование военных конфликтов и противостояний.
Business War Games - схожая область применения, моделирующая противостояния в бизнесе.Кооперативная теория игр - моделирование взаимодействий, где нужно договариваться и достигать общих целей.Некооперативная теория игр (теория игр с нулевой суммой) - на самом деле самый старый раздел, который моделирует стратегические противостояния.
Биологическая (эволюционная) теория игр - использование механизмов теории игр для объяснения процессов эволюции, поведения животных и прочих штук, интересных биологам.

Собственно в чём идея. Для ситуации, где 2 и больше персонажа хотят одного и того же, мы можем выписать возможные стратегии персонажей. Для каждой стратегии мы можем определить затраты. Для каждого сочетания стратегий персонажей мы можем определить что получит каждый из персонажей. Собственно уже тут можно сказать какая стратегия лучше (минимум затрат, максимум результата). Теория Игр на минималках - это фреймворк для аккуратного выписывания всех стратегий и результатов, а в последствии их сравнения. Сабж даёт возможность поотбрасывать туеву хучу вариантов развития событий при помощи простых расчётов. Вместо сложных конструкций типа "если то сделает это, то вот тот сделает то и потом они все получат..." мы получаем что-то типа 5 < 6, 6 < 17 ну или типа того... Выглядит не очень сложно, но если учесть, что возможных исходов может быть до чёрта, то способ отбрасывать их пачками с помощью расчётов - это прям хорошо. В таком виде ТИ ехала до прихода психо-няшки Нэша, который понял, что в этом бардаке стратегий и результатов ооочень часто есть равновесное положение, в котором каждый из участников будет применять одну единственную стратегию, потому что всё остальное просто работает хуже. Нэш не просто понял это, а выкатил простенький мат аппарат, который позволял это считать. Опять же вроде просто, но оказалось, что:
если ты считаешь быстрее, чем участники дуплятся, то ты натурально можешь предсказать будущее;
в ряде случаев то самое равновесие не очевидно для учасников;
ты можешь обосновано предложить учасникам выход из ситуации, а не просто качать права.

Вооружившись равновесием Нэша всякие сложности начали считать ещё быстрее и эффективнее. Один из самых востребованных разделов ТИ - алгоритмы расчётов равновесия для взаимодействий на 100500 человек.

Поблемы сабжа

Основной проблемой сабжа является то, что все допущения делаются на основе постулата о том, что все участники рациональны. В некоторых ситуациях это действительно так. Аукционы, дорожное движение, торговля - это те сферы, где ТИ работает как часы и прогнозы удивительно точны. Однако во многих ситуациях разумные люди начинают вести себя нерационально и всё летит... С другой стороны ТИ очень четко выкупает моменты, когда участники взаимодействий делают нерациональные поступки. Это позволило начать собирать материалы для изучения такого поведения, во многом сформировав поведенческую экономику.

Кроме этого есть ряд моментов, в которых ТИ не совсем работает в плане формирования реального набора стратегий. К этой пачке проблем относится и дея о том, что все соблюдают правила. Одно из новых направлений - ТИ с нарушением правил. Другим сложным аспектом является учет внешних факторов.

Отдельным краеугольным камнем ТИ является информация. Базовая ТИ делает допущение, что у всех участников взаимодействия одинаковая и идеальная информация о взаимодействии и мире вообще. А что если это не так?.. Как будут вести себя учасники и где будет равновесие. Эти вопросы породили отдельное направление, изучающее информационные процесы в стратегических взаимодействиях.

Где это применяется

Да практически везде. Базовые постулаты и инструменты ТИ растащили во многие сферы. Начнем с того, что половина из основопологающих идей писалась для так называемой "Теории принятия решений", а вторая половина используется и там и там. Сабж появился сильно позже и многие вещи существуют как бы в двух теориях одновременно.

Вояки поняли, что можно сильно облегчить анализ боевых действий и предсказывать наиболее вероятные ходы противника. Маркетологи поняли, что маркетинговые стратегии отлично вписываются в мат аппарат ТИ и можно сильно упростить выбр действий. Тут сильно помогла Гугл аналитика и её аналоги, собирая даные про действия пользователей. Социологи разработали множество подходов для прогнозирования поведения масс, используя элементы ТИ. Биологи чё-то прогнозируют с генами и поведением стай (я тут не силён - извините). И многое, многое, многое другое...

Понятие "стратегическое взаимодействие" навсегда стало ассоциироваться с сабжем и даже простая организация даных происходит по правилам ТИ. Фишка в том, что мат аппарат ТИ сильно похож на простую рациональную логику: если я сделаю А, а мой соперник Б, то я получу Х, это более универсально, чем может показаться.

Надеюсь понравилось или было полезным. Задавайте вопросы - постараюсь ответить.

Сурс

На Энцеладе нашли все химические ингредиенты жизни

Энцелад – один из больших спутников Сатурна. Его поверхность покрывает толстый слой льда, из разломов которого время от времени выбиваются гейзеры, которые указывают, что там, на глубине, имеется достаточно обширный океан жидкой воды. Это делает Энцелад одним из самых перспективных мест для поиска внеземной жизни. На такую возможность указывает и анализ его воды. В ней обнаруживаются и метан, и более сложные органические молекулы.

За годы исследований в гейзерах Энцелада были найдены соединения водорода и кислорода, углерода, азота и серы – практически всех ингредиентов, входящих в состав биомолекул. А недавно к этому списку прибавился и последний элемент, фосфор, который служит ключевым компонентом нуклеиновых кислот. Об этом сообщил Ясухито Секине (Yasuhito Sekine), выступивший на встрече Американского геофизического общества (AGU), прошедшей недавно в Чикаго.

Секине и его коллеги из Токийского технологического института использовали данные зонда Cassini. Работая в системе Сатурна, аппарат собрал информацию о химическом составе не только планеты и спутников, но и ее сверкающих колец. В данном случае ученых интересовали вещества кольца Е, куда попадает вещество, выброшенное гейзерами Энцелада. Среди них обнаружились частицы, исключительно богатые фосфатом натрия.

Судя по их количеству, подледный океан на спутнике может содержать это вещество в концентрации от одного до 20 миллимолей, что на порядки больше, чем в океанах Земли, где фосфор – элемент крайне дефицитный и востребованный. Авторы работы предполагают, что на Энцеладе он попадает в воду со дна, при растворении в ней апатитов, которые в изобилии встречаются в составе некоторых метеоритов, а значит – имелись и в ранней Солнечной системе, когда формировался спутник.

Находка делает Энцелад еще более интересным и перспективным местом с точки зрения поиска следов внеземной жизни. Возможно, это ускорит работу над такими проектами, включая миссию ESA, пока что запланированную к запуску лишь после 2035 г.