Они еще не распространены, но это ненадолго.
У всех на слуху искусственный интеллект, который каждого вот-вот лишит работы. Однако в мире есть другие открытия и технологии, которые могут изменить нашу жизнь в самое ближайшее время. О части из них мало говорят вне научного и научпоп-сообщества, поэтому мы решили рассказать об их истории, сути и возможном влиянии простыми словами. Спойлер: без искусственного интеллекта все-таки не обошлось.
«Яндекс Карты» для человеческого организма
В человеческом организме примерно 37,2 триллиона клеток различных типов, которые образуют «биологические сети» (зрительную систему, пищеварительную и т. д.). При этом нет ни одного издания, которое бы описывало все клетки и их особенности. Поэтому в 2016 году был создан международный консорциум Human Cell Atlas («Атлас клеток человека»). Он-то и занимается созданием клеточной карты, которая максимально подробно опишет каждый тип клеток, сценарии их развития в зависимости от пола, возраста, расы и сценарии возможных нарушений. То есть потенциально такой атлас поможет определять различные болезни и патологии на самых ранних стадиях и вообще лучше понимать, как функционирует организм.
Для этого более 3600 ученых со всего мира получают данные о человеческом организме и структурируют их с помощью нейросетей (привет, искусственный интеллект). В 2024 году исследования собрали в первый черновик. Но до конца все еще далеко, т. к. требуется очень много материалов для исследования (живые и мертвые ткани, заразившиеся клетки и т. д.).
В целом консорциум так описал план работы:
- Перепись клеток.
- Трехмерная карта клеток в структурах тканей и органов.
- Карта трансформации клеток от этапа эмбриона до старения (то есть буквально видео, которое показывает как изменяются клетки с возрастом).
- Карта взаимодействия генотипа (совокупности всех генов, доставшихся от родителей) и фенотипа (набор наблюдаемых признаков). Например, в генотипе может быть ген, который отвечает за появление зеленых глаз, но он может не проявится, хотя по-прежнему останется в генотипе. Почему он не проявился и у человека карие глаза? Вот на такие вопросы и должна ответить карта.
- Наконец карта, которая объединит все вышеперечисленное.
По различным оценкам на это уйдет не менее пяти лет.
Страница со статьями, посвященными проекту.
Видно и не стыдно: суперразрешение для микроскопов
Еще в XIX веке немецкий физик Эрнст Аббе ввел понятие «дифракционный предел». Если не вдаваться в подробности, то суть его такова: через линзы микроскопа невозможно увидеть объекты, которые находятся друг от друга на расстоянии менее 200 нанометров (то есть меньше одной десятитысячной миллиметра). Мы видим их как одно пятно. Это сильно тормозило прогресс, в частности — в изучении тех же вирусов и белковых молекул.
В 2014 году сразу трем ученым (немцу Штефану Хеллу и американцам Эрику Бетцигу и Уильяму Мёрнеру) дали Нобелевскую премию по химии за преодоление таких ограничений. Каждый из них в разное время сделал открытие, основанное на флуоресценции. Так называют процесс, когда что-то поглощает свет одного цвета, а затем излучает свет другого цвета (например, краска, которая светится в темноте).
- Мернер показал, что одиночные молекулы могут светиться благодаря флуоресценции.
- На основе открытия Мернера Бетциг с коллегами разработал технологию PALM, где с помощью лазера заставляют светиться отдельные белковые молекулы зеленым светом. Центр светящейся молекулы «фотографируют». Затем повторяют ту же процедуру для других молекул. Потом проводят компьютерный анализ получившихся картинок и получают полное изображение исходного образца (это похоже на собирание пазлов). При этом разрешение составляет до 20 нанометров.
- Хелл придумал метод STED (Stimulated Emission Depletion microscopy, то есть «стимулированное истощение эмиссии»). Если упрощенно, то суть такая: специально настроенный лазер сначала заставляет много молекул светится, а затем лазер с другими настройками гасит свечение по краям, оставляя его лишь в центре. Это позволяет увидеть структуры и процессы в клетках с точностью до 20 нанометров и даже меньше.
Однако исследования продолжаются. Например, в конце 2022 года тот же Хелл с командой из Института междисциплинарных наук Макса Планка в Геттингене представил новый метод: MINSTED. Он уже позволяет рассматривать флуоресцентные метки (те самые светящиеся фрагменты молекул) с разрешением примерно 0,25 нанометра.
Есть и более интересное решение: метод ONE. Его разработали ученые из Университетского Медицинского центра Геттингена. Он не имеет ничего общего с предыдущими. Берут специальный гидрогель, с которым соединяют белки. Затем их разделяют и увеличивают объем гидрогеля в 1000 раз (точнее он увеличивается сам). Он расширяется равномерно, поэтому оставляет на себе слепок удаленного белка. Настолько четкий, что можно различить детали, находящиеся в нескольких нанометрах друг от друга.
Есть и другие способы. Благодаря такому разнообразию вскоре мы можем получить массу прорывов. Например, тот же атлас человеческих клеток.
Ни Маском единым: нейрокомпьютерные интерфейсы
62 слова в минуту — именно с такой скоростью говорит американка Пэт Беннет. Точнее, печатает на экране без помощи рук. Лет 15 назад для нее такое было бы катастрофой, но сегодня — праздник. Дело в том, что из-за бокового амиотрофического склероза (БАС) она потеряла возможность говорить. Обычно БАС поражает нейроны, отвечающие за движение — у человека появляется слабость в мышцах, затем нарушаются движения рук и ног (вплоть до полного паралича), а только потом страдают функции речи. Но у Пэт всё происходило наоборот. В 2012 году, когда ей поставили диагноз, проблемы начались именно с речью. Уже через пару лет она фактически потеряла возможность говорить.
Всё изменилось в марте 2022 года, когда нейрохирурги из Стэнфордского медицинского центра вживили в мозг Пэт экспериментальный нейрокомпьютерный интерфейс — два маленьких датчика с супертонкими проводками. Интерфейс был соединен с программой, основанной на ИИ, которая переводит сигналы мозга в слова. Конечно, программа работала не сразу — Пэт несколько месяцев тренировалась, чтобы связать конкретный сигнал с конкретным словом. Чем больше программа узнавала, тем быстрее она интерпретировала даже ранее неизвестные сигналы (по сути получалось что-то вроде автозаполнения). Исследователи говорят, что скорость речи Пэт может приблизиться к 120 словам в минуту, что соответствует средней скорости англоговорящих.
Возможности нейроинтерфейсов не ограничиваются лишь речевыми функциями. Кажется, уже все слышали про «Нейролинк» (нейроинтерфейс, созданный компанией Илона Маска). С его помощью уже два полностью парализованных человека научились управлять курсором компьютерной мыши и даже играть в Counter Strike на уровне обычных игроков. Но есть и другие перспективы использования таких устройств:
- Отслеживание психического состояния, например, для людей с шизофренией или биполярным расстройством: нейроинтерфейс будет подавать сигналы о том, что пора пить таблетки или обратиться к врачу.
- Возвращение двигательных функций: нейроинтерфейс может переводить сигналы от мозга к конечностям по неповрежденным каналам. Кроме того, люди смогут управлять, допустим, роботизированными руками, если нет возможности вернуть движения своих конечностей.
- Нейроинтерфейсы открывают огромные возможности для изучения мозга: вместо МРТ или ЭЭГ можно будет получать данные о сигналах напрямую. Благодаря этому уже не кажется фантастикой улучшение когнитивных функций во время обучения (например, за счет стимуляции определенных зон человек сможет лучше запоминать новую информацию).
- Облегчение бытовой жизни: управление почтой, соцсетями, покупками, бытовыми приборами — всё это можно ускорить в разы. Буквально умный дом в голове.
Скептики говорят, что такие штуки будут стоить очень дорого и значит не станут массовыми. Но в это верится с трудом. Как и любая новая технология, нейроинтерфейсы будут дорогими лишь сначала, а затем они станет массовой и цены снизятся. Вспомните, так уже было с телевизорами, компьютерами и смартфонами.
________________________________________________________________________
Надеемся, материал был интересным и полезным. Делитесь своими впечатлениями и замечаниями в комментариях. Напоминаем, что Fplus также есть в Telegram и ВКонтакте. Там мы рассказываем о новых товарах и акциях.
А на фото Flaptop I — ноутбуки российского бренда Fplus*
- Яркий IPS-экран с диагональю 15,6 раскрывается на 180 градусов
- Процессоры Intel 12-го поколения
- Оперативная память – до 16 Гб и SSD-накопитель – до 1 Тб.
- Стильный корпус и до 7 часов автономной работы
Купить можно в официальном магазине производителя от 34 990 рублей.
*Fplus — российский производитель электроники и техники, также предлагающий линейку бытовой техники и аксессуаров Accestyle