Главная страница > Новости > ОБЗОР НОВОСТЕЙ НЕЙРОТЕХНОЛОГИЙ 07.12.2020-13.12.2020

ОБЗОР НОВОСТЕЙ НЕЙРОТЕХНОЛОГИЙ 07.12.2020-13.12.2020

12 декабря 2020

Разработан метод, который способен частично вернуть зрение ослепшим людям

Ученые из Нидерландского института нейробиологии использовали новые технологии имплантации для того, чтобы разработать более усовершенствованную модель зрительного протеза. Созданные ими имплантаты состоят из 1024 электродов, имплантаты вживили в зрительную кору обезьян. На начальном этапе животные выполняли простую поведенческую задачу — двигали зрачками, — затем задачи усложняли: обезьяны должны были распознавать буквы, образы, линии, движущиеся объекты.

Имплантат при этом взаимодействовал напрямую с мозгом, минуя предшествующие обработки изображения при помощи глаз и зрительных нервов. Специалисты использовали известный зрительный феномен, который возникает у человека без воздействия света на глаз, — фосфен. Слепые от рождения люди к этому не способны, ослепшие же в течение жизни могут видеть фосфены при искусственном возбуждении зрительной коры головного мозга. На основе этого явления и создают искусственные протезы.

Электрическая стимуляция зрительной коры используется для создания восприятия букв. Показаны смоделированные восприятия для букв «А» (слева) и «L» (справа).

Формы букв были разложены на точечные узоры и показаны на экране компьютера для обучения нечеловеческих приматов, которые выучили 16 разных букв. Затем зрительные корковые электроды включали для создания искусственных восприятий. Конечно, данный метод можно использовать только для тех людей, который потеряли способность видеть в результате травмы сетчатки глаза или зрительного нерва, но имеющих невредимую зрительную кору. 

Отрастить часть мозга к лету и избавиться от нее зимой? Возможно!

Исследователи Берлинского университета имени Гумбольдта и Института перспективных технологий в Шэньчжэне в течение года наблюдали за изменениями мозга зверьков Suncus etruscus (карликовая многозубка) с помощью различных методов магнитно-резонансной томографии. Они изучали, как меняется архитектура соматосенсорной коры и ее активность в зависимости от сезона.

Зимой у многозубки достаточно существенно снижается количество и активность нейронов в мозге, конкретно в соматосенсорной коре. Этот грызун – тактильный охотник, ему помогают вибриссы, которые обычно очень чувствительны. С наступлением зимы объемы добычи становятся существенно меньше, и содержание такой сложной и энергозатратной структуры мозга, как соматосенсорная кора, обходится мелкому зверьку слишком дорого. 

Изменение объема соматосенсорной коры в зависимости от количества пищи

От лета к зиме слой соматосенсорный коры терял около 28 процентов нейронов. А затем к следующему лету снова увеличивался на 28 процентов. Исследование также показало, что даже при содержании в постоянных температуре, световом цикле и условиях питания объем мозга животных все равно подвергается изменениям в периоды, соответствующие осени и зиме. Также исследователи выявили, что соматосенсорная кора может изменяться «преждевременно» при уменьшении пищи. То есть, вероятно, основным регулирующим фактором этих метаморфоз становится именно пищевой компонент.

Умная колонка подслушала набор текста на смартфоне

Исследователи из Кембриджского университета показали, что умную колонку можно использовать в качестве промежуточного звена при атаке на смартфон. Они исходили из результатов своего предыдущего исследования, которое показало, что вводимый на смартфоне текст можно распознавать по звукам, возникающим в устройстве, когда палец нажимает на клавиши, поскольку нажатие в разные места вызывает разные звуки. В новой работе авторы дистанцировали атаку и «отвязали» ее от устройства, с которого нужно украсть данные.

Авторы создали две модели для распознавания нажатий и символов, работающие на основе сверточной нейросети или линейного дискриминантного анализа.

Исследователи имитировали умную колонку при помощи чипа ReSpeaker с шестью микрофонами, предназначенного как раз для сборки умных колонок, и микрокомпьютера Raspberry Pi. В нескольких десятках сантиметров от микрофонов располагались смартфоны или планшеты. Авторы записывали звук как шестимикрофонной платы, так и с самого смартфона — они не учитывали записи с устройства во время распознавания, только для анализа.

Распознавание набранных символов работает в два этапа. Сначала алгоритмы анализируют звук и распознают в нем нажатия, а затем эти нажатия относятся к тому или иному символу. Запись на смартфоне позволила исследователям частично автоматизировать сбор и разметку данных, поскольку результаты разметки данных со смартфона можно считать истинными из-за большего отношения сигнала к шуму. Авторы собрали датасет из записей с ассоциированными временными метками и символами, что позволило обучить алгоритмы

Новые эластичные «батареи» заряжают носимые устройства от дыхания пользователя

Альтернативой батареям являются микро-суперконденсаторы – устройства накопления энергии, которые могут дополнять или заменять литий-ионные батареи в носимых устройствах. Международная группа исследователей во главе с учеными из Университета штата Пенсильвания (США) разработала эластичную систему, которая собирает энергию от дыхания и движения человека, чтобы заряжать «умные» носимые устройства – например, фитнес-браслеты,

Микро-суперконденсаторы обычно малы и обладают высокой удельной мощностью. Но они имеют «многослойную» сложенную геометрию, поэтому плохо растягиваются, из-за чего их сложно соединить с носимой электроникой. Поэтому ученые решили исследовать альтернативные архитектуры. Они обнаружили, что расположение ячеек микро-суперконденсаторов «змейкой» позволяет конфигурации растягиваться и изгибаться в мостиках – местах, которые соединяют ячейки. При этом главные элементы микро-суперконденсаторов меньше деформируются. 

Автономную гибкую систему можно использовать в портативных устройствах для мониторинга и диагностики состояния здоровья

Чтобы создать такую «решетку», исследователи использовали ультратонкие нанолисты цинк-фосфор и трехмерную лазерно-индуцированную графеновую пену – высокопористый самонагревающийся наноматериал. Также команда заметно улучшила электрическую проводимость зарядного устройства. Разработчики дополнили новую систему технологией, которая преобразует механическое движение пользователя в электрическую энергию. Такая комбинация создала систему с автономным питанием.

Квантовое превосходство впервые продемонстрировали на фотонном процессоре

Исследователи из научно-технического университета Китая собрали оптическую схему для расчета перманентов матрицы размером 100 на 100, что оказалось непосильно для классического компьютера. По расчетам авторов, их квантовый вычислитель справляется с этой задачей в 100 триллионов раз быстрее, чем обычный суперкомпьютер. 

Авторы использовали 25 нелинейных кристаллов для генерации пар запутанных фотонов, а интерферометр для бозонного сэмплинга собирали с использованием объемной оптики. Фотонные процессоры хороши тем, что они работают при комнатных температурах, но отстают от остальных платформ в скорости генерации кубитов. Физикам удалось добиться высокой эффективности рождения одиночных фотонов точным подборов параметров 25 нелинейных кристаллов, а также благодаря их температурному контролю и качественной настройке оптической схемы.

(a) схема генерации пары запутанных фотонов с помощью спонтанного параметрического рассеяния, (b) спектры всех сжатых состояний, (c) спектральное распределение пары рожденных фотонов, (d) значения чистоты каждого из 25 состояний, (e) эффективности каждого входного состояния

Оказалось, что воспроизвести данные эксперимента с помощью случайной генерации не получится. Важную и интригующую часть работы — сравнение производительности классического компьютера и фотонного квантового процессора — ученые проводили на двух разных суперкомпьютерах: TaihuLight и Fugaku. В обоих случаях квантовый вычислитель справлялся со своей задачей быстрее в 10^14 раз.