Ученые вырастили в пробирке «мозг», и он открыл «глаза».
Ученые из Университетской клиники Дюссельдорфа взяли клетки кожи взрослого человека и получили из них плюрипотентные клетки, способные превращаться в разные клетки организма. Исследователи имитировали среду, в которой развивается мозг эмбриона. И вырос «мозг» величиной с горошину. На 30-й день развития живой системы начали формироваться оптические чашечки — зрительные структуры, которые в обычном глазу располагаются там, где зрительный нерв входит в сетчатку. Они выросли симметрично в передней части мозга. Оптические чашечки оказались вполне функциональными. Они содержат разные типы клеток сетчатки, которые реагируют на свет. Используя стволовые клетки от четырех доноров, команда сделала 314 органоидов мозга и 72% из них сформировали оптические чашки. Эти структуры созревали в течение 50 дней, что, по словам ученых, примерно равно периоду, за который у эмбриона человека формируется сетчатка. Ученые полагают, что этот метод в дальнейшем можно использовать для выращивания целых органов.
У человека в годами слабеет память. Но как установили биологи Кембриджского университета, так бывает не со всеми животными. Ученые исследовали память каракатиц (Sepia officinalis), головоногих моллюсков. В аквариуме места кормления были помечены флажками. Каракатицы научились эти флажки находить. Ученые переставляли флажки в разные места и в разное время, и каракатицы постепенно учились находить пищу по флажкам, то есть, они ориентировались на знак пищи, а не на саму пищу. Этот «язык» имитировал семантическую память (знаки, обозначающие пищу) и эпизодическую (где и когда удастся покрепиться). У человека первой слабеет именно эпизодическая память — наши личные воспоминания, которые не найдешь в Google. У каракатиц эпизодическая память не ослабевала до самых последних дней. Вертикальная область мозга моллюсков — это своего рода аналог коры головного мозга. Но эпизодическая память человека сохраняется не в коре, а в гиппокампе. И именно гиппокамп стареет быстрее. У каракатиц гиппокампа нет, а эпизодическая память — есть. Ученые не рассчитывают, что их исследование спасет человечество от Альцгеймера, но понимание эволюции памяти может подсказать неожиданные решения.
А вот, что точно помогает от Альцгеймера, так это — задушевная беседа. Ученые из университетов Нью-Йорка и Массачусетса проанализировали данные МРТ и нейропсихологических обследований 2171 человека. Ученые оценили, насколько участники исследования близки с другими людьми. Те участники, у которых были сочувствующие слушатели, показали большую когнитивную устойчивость, чем одинокие люди. Риск заболеваний головного мозга от слабоумия до депрессии, также оказался ниже среди людей, которые больше общались. По мнению ученых, постоянное общение действует как своеобразный «тренажер» для серого и белого вещества. В общем, доброе слово лечит — причем в буквальном смысле.
Наш мозг повреждают иногда довольно неожиданные вещи. Международная команда ученых, которую возглавили исследователи Еврейского университета Иерусалима, проанализировала человеческие останки из захоронения в центральной Италии. Найденные останки датируются от 10 тысяч лет до н.э., и вплоть до XVII века. Ученые рассчитали количество свинца костях и оценили, как оно менялось во времени. Результаты показали, что с ростом производства свинца в мире, повышались и уровни загрязнения металлами человеческих костей. Свинцовое отравление внешне незаметно, но оно вызывает анемию и повреждает мозг. Согласно одной из гипотез, Римская империя пала именно из-за свинца: римляне использовали для хранения воды свинцовые бочки и ели свинцовый сахар. Конечно, это только гипотеза. Но археологи, раскопавшие древнее итальянское захоронение, подчеркивают, что свинца вокруг нас действительно много: он в аккумуляторах, солнечных панелях, ветряных турбинах и т.д. В общем, надо что-то делать, а то деградируем, как римляне времен упадка империи.
Палеонтологи нашли окаменевший мозг краба, которому 310 миллионов лет.
Палеонтологи из Университета Новой Англии, штат Мэн ведут раскопки в отложениях каменноугольного периода в долине реки Maзон-Крик, Иллинойс. Ученые нашли окаменевший мозг, которому 310 миллионов лет. Он принадлежит вымершему виду Euproops danae, предку сегодняшних подковообразных крабов (они относятся не к ракообразным, как другие крабы, а к паукообразным). Мягкие ткани практически никогда не сохраняются. Исключение — это консервация в янтаре. В данном случае ученым неожиданно повезло. Отложения в Мазон-Крик состоят из сидерита (карбоната железа), который быстро покрывает тело и может превратить его в окаменелость. Именно так и сохранился краб. Хотя ткани мозга успели разложиться, их заменил глинистый минерал — каолинит, который создал почти идеальный слепок мозга. Ученые убедились, что нервная система паукообразных за 300 миллионов лет почти не изменилась.
Палеонтологи из Флорентийского университета на стоянке древнего человека в Дманиси, Грузия нашли зубы и фрагменты челюсти собаки. Возраст находки — около 1,8 миллиона лет. Судя по состоянию зубов и размеру челюсти, собака была молодой, крупной особью — около 30 кг и питалась в основном мясом. Ученые считают, что кости принадлежат Canis (Xenocyon) lycaonoides — евразийской охотничьей собаке. Этот вид распространился из Восточной Азии и стал прародителем современных африканских охотничьих собак. Собаки этого вида охотились стаей. У евразийских охотничьих собак была особенность, которая отличала их от других крупных собак: они приносили пищу слабым и больным членам своей стаи. За исключением человека, это единственный вид млекопитающих с доказанным альтруистическим поведением по отношению к неродственным членам своей группы. Скорее всего найденная особь стала добычей древних охотников, но не исключен и другой вариант, — она могла быть принята людьми в свою «стаю» и в силу своего дружелюбия прижиться. Но до одомашнивания собак было еще очень далеко: оно началось во время верхнего палеолита — всего 20-30 тысяч лет назад.
Международная команда антропологов во главе с исследователями из Университета Барселоны проанализировала образцы пигмента, взятые со сталагмитов в пещере Ардалес близ города Малага. До сих пор ученые считали, что причудливый окрас на стенах пещеры появился из-за микробной активности, наводнений или выветривания. Но анализ показал, что состав и расположение пигментов не соответствуют естественным процессам: пигменты по стенам нарочно разбрызгивали. Их текстура не соответствует образцам, найденным в самой пещере, и вероятнее всего пигменты занесены откуда-то извне. Роспись не похожа на фигуративные наскальные рисунки Homo Sapiens. Она, скорее, напоминает абстрактные работы Джексона Поллока. Датировка показала, что пигменты нанесены на стены пещеры между 45 и 65 тысячами лет назад. В это время неандертальцы и посещали пещеру. Открытие говорит о неандертальцах, как о высокоразвитой цивилизации. Остается только сожалеть, что их больше нет, хотя в геноме человека остался их след.
Недалеко от Александрии в Египте продолжаются подводные раскопки на месте города Гералиона, о котором мы рассказывали (там нашли египетскую речную галеру). Город был разрушен землетрясением во II веке до нашей эры, а потом затонул. Множество вещей было брошено и ушло на дно нетронутым, что сделало Гераклион своего рода «подводными Помпеями». Среди последних находок — корзины с финиками и виноградом (фактически остались только косточки, но фрукты легко опознаются). Корзины сохранились случайно: они находились в подземном хранилище — попросту на складе, когда произошло землетрясение. И спустя две с лишним тысячи лет корзины достали. Это редкая находка. Чаще всего из предметов быта находят битую глиняную посуду — керамику, реже — монеты и другие металлические изделия. Сохранившуюся еду находят редко, как правило, это окаменевшая пшеница. Вместе с 2000-летними фруктами со дна залива подняли зеркала и статуэтки. Но эти находки для Гераклиона более привычные.
В микробиоте долгожителей найдены бактерии, защищающие от патогенов.
Чтобы продлить жизнь человека, иногда есть возможность заменить органы, которые уже не работают. Обычно для трансплантации используют здоровые органы умерших доноров. Но доноров не хватает. Больные ждут трансплантации и умирают, так и не дождавшись. При пересадке сердца врачи давно идут на риск на пересаживают орган (если ждать больше нельзя, а другого донора нет) взятый у людей, умерших от передозировки. Ученые из Сентара Госпиталя, Норфолк, Вирджиния проанализировали выживаемость почти 24 тысяч взрослых пациентов, перенесших трансплантацию сердца в период с 2007 по 2017 год. Сравнение не выявило различий в смертности после трансплантации между донорами, употреблявшими запрещенные вещества, и теми, кто не употреблял. Примерно 90% пациентов после трансплантации прожили год, 60% – 10 лет. Ученые из Университета Висконсина, пришли к аналогичному результату: риск при пересадке сердца, взятого у донора, умершего от передозировки, не увеличивается.
Если ждать донора уже нельзя, теперь можно попробовать поставить пациенту искусственное сердце. Такое сердце разработала французская компания Carmat, и оно успешно прошло испытания в Университете Дьюка. Искусственное сердце имеет две желудочковые камеры и четыре биологических клапана, как настоящий орган, и питается от внешнего источника. Кардиопротез сделан из биосовместимых материалов, в том числе из бычьей ткани. В нем используется комбинация датчиков и алгоритмов, позволяющая поддерживать циркуляцию крови. 39-летний пациент из США получил искусственное сердце. Теперь пациенту необходимо постоянно носить с собой контроллер и комплект аккумуляторных батарей. Но это небольшая плата за жизнь. Искусственное сердце не может заменить естественное, но оно дает отсрочку на полгода перед операцией по трансплантации живого органа.
Конечно, хорошо бы до пересадки органов не доводить. Сейчас идут интенсивные исследования химических соединений (потенциальных лекарств), которые могут продлить жизнь и сохранить здоровье. Пока эти исследования проходят на простых организмах. Опробованных химических соединений много, а еще больше потенциально возможных, но неопробованных. Была построена база данных DrugAge, в которой собраны потенциально полезные химические соединения. Исследователи Университета Суррея использовали обучаемый алгоритм («модель случайного леса»), чтобы отыскивать в этой базе соединения, которые могут продлить жизнь Caenorhabditis elegans — полупрозрачного червя с метаболизмом, аналогичным человеческому. И такие соединения удалось отыскать — флавоноиды и некоторые жирные кислоты. Черви уже живут дольше. Есть надежда, что найденные соединения помогут и человеку.
Есть люди, которые живут до ста лет и дольше. Ученые Университета Кэйо в Токио исследовали микробиоту (кишечную микрофлору) долгожителей. 160 участников эксперимента были старше 100 лет, 112 — в возрасте от 85 до 89 и 47 участников (контрольная группа) — от 21 до 55. В ходе анализа образцов микробиоты авторы исследования обнаружили, что у долгожителей была значительно повышена концентрация уникальной желчной кислоты, подавляющей рост патогенов. Ученые нашли бактерии, ответственные за производство кислоты. Одной из них оказалась Odoribacteraceae. Почему у долгожителей именно такая микробиота, и в каком возрасте она образуется (возможно, это наследственный признак), пока неясно. Но такая микробиота очень важна для сохранения здоровья. Открытие этих бактерий и понимание их роли может стать важной вехой в борьбе со старением.
Ученые вернули парализованному человеку способность «произносить» слова.
На сегодня существует уже достаточно много технологий, которые позволяют говорить парализованным людям, потерявшим речь. Но до сих пор решения на основе интерфейсов мозг-компьютер позволяли только печатать на экране букву за буквой. Ученые из университета Сан-Франциско считают, что этого не достаточно. Когда мы говорим, то произносим слова, а не буквы. Ученые установили нейропротез 30-летнему пациенту, который был парализован после инсульта и потерял дар речи. Массив из 128 электродов установили на ту зону коры, которая управляет мускулами языковой системы — гортани и языка. Нейропротез считывает сигнал, который возникает при произнесении определенного слова. Пациент повторял слова из словаря, состоящего из 50 слов. В течение 48 сеансов исследователи записали 22 часа активности коры головного мозга. Нейросеть с глубоким обучением распознавала слова. И все получилось. Сейчас пациент способен произнести 18 слов в минуту. Это медленнее, чем при нормальной речи: мы говорим 150 — 200 слов в минуту. Но как отмечают исследователи, скорость можно увеличить, а словарь расширить.
Имплантат, разработанный в университете Тель-Авива, предназначен для восстановления чувствительности пальцев или других органов при повреждении нервных волокон. Имплантат включает в себя трибоэлектрический генератор, который генерирует электрический ток за счет трения. Причем сила тока зависит от давления. Если повреждена чувствительность кончиков пальцев, имплантат устанавливается под кожу, и когда палец соприкасается с поверхностью, на имплантат оказывается давление, и возникает электрический ток. Ток передается по проводнику ближайшему неповрежденному нерва. Нерв возбуждается и передает сигнал в мозг. И человек чувствует касание. Чем больше давление, — тем больше заряд, тем интенсивнее ощущение. В лабораторных испытаниях, проведенных на крысах, имплантат смог восстановить тактильные ощущения задних лап, в которых был перерезан нерв, и животные смогли снова нормально ходить. Ученые готовятся перейти и к более крупным моделям.
Трибоэлектрический генератор относится к целому классу устройств, которые сегодня интенсивно развиваются, — это носимые генераторы электрического тока. Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего давно работают над получением электричества из пота человека. Разные устройства, работающие на поте, уже реализованы, но для них пота надо много. Они смогут давать электричество, например, при беге. Новое устройство может генерировать энергию, даже когда человек спит. Устройство представляет собой тонкий «пластырь» из углеродной пены, которая впитывает пот и использует специальный набор ферментов для запуска химических реакций между молекулами лактата и кислорода. Эти реакции и генерируют электричество, которое хранится в небольшом конденсаторе. Пластырь предпочтительнее всего наклеивать на кончики пальцев, потому что именно там пота больше, чем в любом другом месте тела. Создатели «пластыря» называют кончики пальцев: «круглосуточные фабрики пота», а значит и электричества.
Анемией — дефицитом гемоглобина в крови, страдает в той или иной степени 25% людей на Земле. И хорошо бы иметь средство оперативного диагностирования этого заболевания. Ученые из университета Брауна его разработали — это обычный смартфон. Внутренняя часть нижнего века — конъюнктива — имеет при анемии характерную окраску. Ученые взяли фотографии 142 пациентов с анемией и разработали алгоритм, который позволяет специальным образом оптимизировать цвета на снимке, чтобы цвет конъюнктивы показывал уровень гемоглобина. При анализе фотографий модель показала точность в 72,6%. Ее можно использовать для предварительной диагностики.
