Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиСМИ о насДокументыАрхивКонтакты
Новости / Обзор новостей нейротехнологий 15.04.17-21.04.17
Новости
21.04.2017

Обзор новостей нейротехнологий 15.04.17-21.04.17

Микроскопия итеративного растяжения

“Iterative expansion microscopy” | Nature Methods | doi:10.1038/nmeth.4261

имиджинг

Биоинженеры из MIT улучшили метод “expansion microscopy”: два года назад они показали, как можно увеличить в 4.5 раза образец ткани мозга с сохранением взаимного расположения молекул. Объект раздувается, не теряя формы, и так легче изучать его мелкие структуры под микроскопом. В новой статье авторы добились 20-кратного увеличения, доведя разрешение метода до 25 нм. Теперь отлично видны такие детали как шипики дендритов.

 

При 20-кратном увеличении можно видеть дендритные шипики в конфокальный микроскоп

Основа метода -- полимерный гель из полиакрилата, он способен разбухать в несколько раз. В него помещают образец ткани или мозг мыши целиком, но прежде в ткань вводят антитела с особыми метками. Они связывают нужные белки мозга с молекулами геля: когда полимер растягивается, он увлекает белки за собой. Все лишние белки и жиры, которые не нужны для визуализации, к полимерам не крепятся и вымываются. В итоге получаем почти прозрачный образец, где видны изначально мелкие структуры, только они в разы крупнее обычного.

Чтобы увеличить их не в разы, а на порядок, ученые применили метод дважды. Они создали два разных геля, и второй зашел в пустоты, возникшие при первом раздувании. В серии опытов они добились увеличения в 16-22 раз. Этого хватает, чтобы, используя обычный конфокальный микроскоп, изучать архитектуру синапса у нейронов гиппокампа мыши. Метод дает качество сравнимое с лучшими оптическими микроскопами сверх-высокого разрешения, но он гораздо дешевле.  

 

Эпифлуоресценция клеток, меченных антитубулином, после увеличения образца в 53 раза через три последовательных расширения.

Авторы отмечают, что это не предел, им удалось раздуть один и тот же образец трижды: так 4.2 х 3.2 х 3.6 увеличение дает в сумме порядка 53-х раз. Однако оптическое разрешение метода пока ограничено размером антител. Если найти молекулы помельче, можно достичь и параметров сканирующего электронного микроскопа (5 нм).

 

“Детские рисунки” и понимание абстракций

“A Neural Representation of Sketch Drawings” | arXiv | 1704.03477

машинное обучение

Программисты из Google Brain создали нейронную сеть, которая строит абстрактные понятия по набору эскизов. Люди легко передают образ, смысл и даже эмоцию несколькими штрихами на листе. В отличие от фото такие рисунки-скетчи мало похожи на реальность, но они дают концепцию реальности. В них главное, что мы видим в кошке, лице человека или машине. Новая сеть Sketch-RNN учится видеть так же.  

Весь год люди рисовали в приложении Quick, Draw! -- им давалось 20 секунд на попытку, так что скетчи были самые простые. В базе рисунков выделили 75 категорий типа “кот”, “свинья”, “лицо” и т.д., по 70 тысяч эскизов в каждой. Важно, что графика там векторная, не растровая: программа запоминала и конечный эскиз, и то, как люди рисуют, как чертят линии. По этим данным нейронная сеть с обратными связями училась делать эскизы сама.

В модель добавили шум, так что Sketch-RNN не могла просто копировать чужие рисунки. Ей нужно было схватить суть и создать новый эскиз внутри той же категории.

В верхнем ряду рисунок человека. В нижнем реконструкция нейросети.

Sketch-RNN не повторяет, она пробует уловить концепцию. Это показывает тестовый пример: на вход дают эскиз кошки с тремя глазами, но сеть не согласна, она знает, что глаз должно быть два.

Если подать на вход эскиз зубной щетки, модель создает кошачье лицо с длинными усами, имитируя свойства и положение щетки, но в рамках концепции “кошка”. То есть Sketch-RNN умеет перекодировать входной эскиз в набор абстрактных концепций, встроенных в скрытый вектор, и может создать новый эскиз на основе этого скрытого вектора.

Зная концепцию, нейросеть может завершить начатые людьми скетчи или же комбинировать эскизы из разных категорий. Здесь уже речь идет о настоящем творчестве, пусть даже в виде примитивных рисунков. Авторы приводят в статье много скетчей, которые сеть выдала по их запросу, сочетая в одном образе кошку и стул, комара и русалку, свинью и грузовик, в разных пропорциях.

Рисунки похожи на труды ребенка, который пробует отразить на бумаге то, как он видит мир. И это ценно, ведь ребенок рисует самое существенное для него, он строит концепцию вещи, животного или человека. А умение строить концепцию важно для любых умных программ.

 

Интерфейс с нанопроволокой

“Enhancement of Interface Characteristics of Neural Probe Based on Graphene, ZnO Nanowires, and Conducting Polymer PEDOT” | ACS Applied Materials & Interfaces  |  doi: 10.1021/acsami.7b02975

интерфейсы

Инженеры Корейского института перспективных научных исследований и технологий (KAIST) спроектировали миниатюрный зонд с высокой проводимостью для снятия электрических сигналов мозга. Зонд гибкий и состоит из композитной подложки, на которой выращена щетина из нанопроволоки. За счет щетины общая поверхность считывания гораздо выше, чем у сплошных электродов, и это дает лучшее качество сигнала при меньших размерах.

 

Визуализация нанопроволоки растровым электронным микроскопом. Вид сбоку и сверху.  

На субстрате закреплена нанопроволока из оксида цинка. Исходная проводимость такой нанопроволоки невысока, поэтому ее пришлось покрыть тонким слоем золота, а затем положить слой проводящего полимера PEDOT.

 

Схема строения зонда (без соблюдения пропорций)

Размер считывающей конструкции 800х800 мкм, она лежит на подложке из полиимида. А линией электропередачи служит пластина из графена с золотой пленкой. Такое сочетание материалов повышает эффективную площадь поверхности, проводимость и прочность зонда, сохраняя при этом гибкость и совместимость с мягкими тканями.

Авторы размещали на поверхности мозга крыс два типа матриц -- с электродами из золота и ту, что разработали сами. Затем записывали локальные потенциалы без стимуляции и со стимуляцией, касаясь усов крысы. Сравнение показало, что новый зонд дает более четкий и различимый сигнал. Помимо того, что зонд гибкий, компактный и биосовместимый, он позволяет, в принципе, направлять сигналы в мозг.  


Блокировка синапсов не мешает нейронам

“Assembly of Excitatory Synapses in the Absence of Glutamatergic Neurotransmission” | Neuron | doi: 10.1016/j.neuron.2017.03.047

развитие ЦНС

В научно-исследовательском институте им. Скриппс (Сан-Диего, США) изучили архитектуру нейронных цепей в мышином гиппокампе, которые развились почти при полном отсутствии глутаматергического обмена сигналами между нейронами. Работа показывает, что нейроны созревают и строят сеть контактов между собой, даже если их лишить глутамата, основного нейромедиатора, не позволяя синапсам проводить электрический импульс.

Авторы создали генетически модифицированных мышей, в переднем мозге которых синапсы не активны, высвобождение глутамата в них блокировано. Такие мыши живут неделями, они меньше обычных, их поведение нарушено, но размер мозга почти не уступает нормальному, а его правильная анатомия сохраняется. Цель опытов была в том, чтобы выяснить, является ли синаптическая активность необходимым условием построения связей между клетками.

 

Слева обычные мыши, справа модифицированные.

Фото самих животных, их мозга и окрашенные срезы мозга.

Нейробиологи сосредоточились на гиппокампе. Они исследовали протяженные проекции нервной ткани с помощью иммуногистохимии и вирусного трассирования. Хотя количество синапсов снизилось, общая архитектура связей и роста аксонов осталась почти нетронутой, а в электронный микроскоп можно было разглядеть шипики на дендритах. То есть нейроны созрели, мозг воспроизвел стандартную организацию нервных цепей -- и все это в условиях, когда глутаматное проведение импульсов блокировано.

 

Шипики на дендритах не различаются у нормальных и ГМО мышей.

По мнению авторов, их работа показывает, что базовая сборка сетевой архитектуры мозга может обойтись без сопутствующей активности синапсов и глутаматной нейропередачи. Вероятно, в серьезной мере процесс контролируют генетические программы развития.

 

Высокий уровень осознанности

“Increased spontaneous MEG signal diversity for psychoactive doses of ketamine, LSD and psilocybin” | Scientific Reports | doi:10.1038/srep46421

ресурсные состояния мозга

Магнитоэнцефалограмма людей, принявших кетамин, ЛСД или псилоцибин, показала, что эти вещества меняют активность мозга особым образом: она становится более вариабельной. В прошлых работах ученые установили, что в состоянии бодрствования активность мозга разнообразнее, чем во время сна, и эту разницу можно выразить через энтропию и т.н. меру сложности Лемпеля-Зива (LZ). Чем выше уровень осознания себя, тем выше LZ показатель.

Оказалось, при приеме психоделиков он еще более возрастает.

Нейропсихологи из Великобритании и Новой Зеландии проанализировали данные МЭГ по 90 каналам у 48-ми добровольцев. Часть из них во время опытов приняли кетамин, другие ЛСД, третья группа получила дозу псилоцибина. Активность их мозга снимали и во время действия веществ, и после приема плацебо. Записи разбили на фрагменты по 2 секунды и для каждого считали меру сложности Лемпеля-Зива. Из анализа следует, что под действием веществ разнообразие сигналов мозга растет, его активность усложняется.

Этот рост LZ сложности совпал с отчетами самих испытуемых, когда они сообщали, будто границы между ними и миром размываются, а опыт становится ярче. Активность разных зон их мозга в этот момент была менее предсказуемой и менее сопряженной. Причем такой эффект был у всех трех препаратов, несмотря на их совершенно разную фармакологию.

Авторы пишут, что свойства мозговой динамики, выраженные через LZ сложность, могут быть удобной мерой уровня осознанности. Но тогда выходит, что при приеме психоделиков мозг входит в состояние более высокого осознания по сравнению с обычным.

По их мнению, выводу следует доверять с осторожностью, он верен математически внутри модели. Но предстоит понять, в какой мере анализ LZ сложности способен отражать глубину и богатство состояний сознания, не только “психоделических”, но и более широкого спектра.

Автор: Денис Тулинов

23.06.2017Обзор новостей нейротехнологий 17.06.17-23.06.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
22.06.2017Научное кафе: ученые расскажут о стратегическом проекте СГТУ в рамках Нейронет

Руководство вуза будет концентрировать имеющиеся в распоряжении интеллектуальные и финансовые ресурсы, чтобы совершить прорыв в этой области и внедрить свои разработки  в Нейронет

Подробнее
21.06.2017НейроНет объявляет о старте серийного производства набора-конструктора для детей «Юный нейромоделист»

Компания BiTronics Lab, участник Отраслевого Союза «Нейронет», завершила сертификацию серийного выпуска первой версии набора-конструктора «Юный нейромоделист»

Подробнее
19.06.201717-18 июля в Москве при участии Отраслевого союза "Нейронет" состоялся летний фестиваль Kaspersky Geek Picnic. Игры разума.

В этом году на мероприятии было несколько интерактивных стендов от компаний - членов Отраслевого союза "Нейронет".

Подробнее
16.06.2017Обзор новостей нейротехнологий 10.06.17-16.06.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
13.06.2017НТИ — это раздача денег. Нам нужно то, на что мы их можем потратить

Репортаж с выступления представителей Национальной технологической инициативы на президиуме РАН

Подробнее
10.06.2017Обзор новостей нейротехнологий 03.06.17-09.06.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
2.06.2017НейроНет, АвтоНет и НП «ГЛОНАСС» подписали трехстороннее соглашение о сотрудничестве в рамках НТИ

2 июня 2017 г.  Андрей Иващенко, лидер рабочей группы NeuroNet НТИ, председатель совета директоров ЦВТ «ХимРар», Роман Малкин, Директор службы технического регулирования НП «ГЛОНАСС» и лидер рабочей группы AutoNet НТИ Александр Гурко подписали Соглашение о намерениях по сотрудничеству

Подробнее
2.06.2017Обзор новостей нейротехнологий 27.05.17-02.06.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
29.05.2017Миллиарды для миллиардов

Как в акселераторе GenerationS выглядит креативная индустрия

Подробнее
26.05.2017Обзор новостей нейротехнологий 20.05.17-26.05.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
23.05.2017Отраслевой союз «Нейронет» подписал Меморандум о сотрудничестве с Бизнес-инкубатором ВШЭ

В рамках партнерства “Нейронета” и Бизнес-инкубатора ВШЭ планируется отбор проектов для реализации Национальной технологической инициативы,

Подробнее
22.05.2017Поздравляем Павла Милославовича Балабана с публикацией в журнале Nature Communications

Статья посвящена термогенетике - новому направлению исследований мозга

Подробнее
20.05.2017Обзор новостей нейротехнологий 13.05.17-20.05.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
12.05.2017Обзор новостей нейротехнологий 06.05.17-12.05.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
6.05.2017Science guide приглашает в путешествие к мировым экспертам по Artificial Intelligence

Scienceguideприглашает 1-4 июня отправиться в путешествие в Лондон на AIMeetupтех, кто заинтересован во вложении инвестиций в высокотехнологичные проекты и умении качественно оценивать потенциал разработок в сфере AI.

Подробнее
5.05.2017Обзор новостей нейротехнологий 29.04.17-05.05.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
123242, г. Москва, Малый Конюшковский пер., д. 2, оф. 17