Еще вчера вещи, казавшиеся фантастикой, сегодня становятся явью. Биотехнологии продолжают удивлять мир своими достижениями. Здесь речь пойдет о возвращении утраченного человеком зрения. Причины такой утраты могут быть самые разнообразные: увечья, аварии, заболевания и др. пути восстановления также могут различаться.
Читать полностью »
«Будущее создается тобой, но не для тебя».
(Братья Стругацкие «Гадкие лебеди»)
Еще недавно многим казалась странной концепция Интернета вещей (IoT – Internet of Things), а сегодня лучшие представители цивилизации заговорили уже об Интернете нановещей (IoNT – Internet of NanoThings). В самом деле, если можно превратить в сетевой элемент любую «вещь» от холодильника до человека, то почему бы не двинуться вглубь холодильника или даже человека? А что там, к примеру, с продуктами? – Ничего не протухло? Как и их более «крупные» товарищи, нановещи объединяются в наносети, среди которых выделяются не только электромагнитные, но и молекулярные.
Есть такая примета – чем больше ягод на рябине, тем суровее зима. Пару лет назад в нашем саду на рябине совсем не было ягод, а, к примеру, обычный лук практически совсем был без кожуры (еще одна народная примета). И зимы практически не было. Казалось бы, такой простой вопрос – откуда рябина и лук это знают? Если поразмышлять над ним, то окажется, что вопрос-то не такой простой. Не исключено, что раскрыть рябиново-луковую загадку можно, проникнув внутрь этих растений на наноуровне. И это, возможно, совсем скоро станет реальностью.
Иллюстрация: Paradromics
Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) заключило шесть контрактов на разработку нейроинтерфейсов по программе Neural Engineering System Design (NESD). Эта программа ставит целью «значительно улучшить возможности для исследований нейротехнологий и обеспечить основу для новых методов лечения».
На практике DARPA стремится разработать имплантируемый нейроинтерфейс, который обеспечит «беспрецедентные разрешение сигнала и скорость передачи данных между человеческим мозгом и цифровым миром». В техзадании указано, что интерфейс должен работать как конвертор-переводчик, преобразуя электрохимические сигналы мозга в цифровой код (нули и единицы), который используется в информатике. И выполнять обратное преобразование для записи данных в мозг. Цель — коммуникационное устройство для интерфейса «мозг-компьютер» объёмом не более 1 см3.
Читать полностью »
Смартфоны уже могут контролировать дома и автомобили, а также диагностировать заболевания. Группа китайских и швейцарских исследователей предложила переложить на смартфон управление искусственными клетками, имплантированными в организм для выработки инсулина. Люди с диабетом вынуждены ежедневно (некоторые — еженедельно) вводить себе инсулин. Новое устройство, проверенное на мышах, может однажды устранить болезненную потребность в использовании игл.
Клеточная терапия — это новый радикальный перспективный вариант лечения. Идея состоит в том, чтобы создать генной инженерией такие клетки, которые способны выделять нужные лечебные вещества, и имплантировать их в организм… Например, лейкоциты заставляли бороться с раком, ВИЧ и другими заболеваниями. Сотни клеточных терапий проходят клинические испытания, хотя ни пока ни одна из них не управляется извне организма.
Исследователи продемонстрировали умную замкнутую систему, в которой цифровой глюкометр передает данные об уровне глюкозы в крови мышей на смартфон. Смартфон обрабатывает данные и отправляет сигнал в имплантированные клетки для доставки инсулина. Менее чем через два часа после активации клеток уровень сахара в крови животных стабилизировался.Читать полностью »
Самые маленькие беспилотные летательные аппараты похожи на насекомых во многих отношениях, но не могут превзойти их в маневренности и эффективности. Пройдет еще очень много времени, прежде чем ученым удастся создать универсального солдата, который соединит в себе технологические возможности и природные способности, – робота-насекомого. За последние несколько лет исследователи научились управлять крупными насекомыми с использованием электрических имплантатов – своего рода метод грубой силы с ограниченной реальной пользой.
Теперь ученые из Медицинского института Говарда Хьюза совместно с Draper Laboratory надеются преодолеть ограничения, создав стрекозу-киборга, которая будет сочетать в себе «миниатюрную навигацию, синтетическую биологию и нейротехнологии». Управляя стрекозой, инженеры лаборатории разрабатывают способ генетически модифицировать нервную систему насекомых таким образом, чтобы они могли реагировать на импульсы света. Как только им это удастся, подход, известный как оптогенетическая стимуляция, позволит стрекозе перевозить грузы, вести наружное наблюдение и даже помогать пчелам лучше опылять растения.Читать полностью »
Поведением животных обычно управляют при помощи метода «кнута и пряника». Этому методу — сотни, даже тысячи лет. Здесь все просто: хорошо ведет себя питомец или лабораторное животное — оно получает поощрение в виде еды, плохо ведет — вкусняшки отменяются, следует какое-либо наказание. В Стэнфорде решили пойти дальше. Нейробиологи из этого университета поставили цель научиться управлять поведением мышей при помощи беспроводного оптического нейроимпланта. Он не действует на нейроны мозга электрическим током. Вместо этого используется свет вживленного светодиода.
Имплант имеет очень небольшие размеры — примерно с зернышко перца. Для подготовки мыши для работы с имплантом была проведена довольно масштабная подготовка, причем выполняли ее генетики. Грызунам ввели ген, который обеспечивает реакцию нейронов мозга на голубой свет. При включении системы управления поведением мыши, имплант в черепе начинает светиться и на это свечение реагируют некоторые клетки головного мозга мыши. На видео, размещенном ниже, хорошо видно, как после включения системы одна из мышей, принимающих участие в эксперименте, прекращает хаотичные движения и начинает бегать четко по кругу в своей клетке. Зачем все это? Специалисты утверждают, что метод поможет найти решение проблемы лечения нейродегенеративных заболеваний, например, болезней Альцгеймера или Паркинсона.
Читать полностью »
Виды живых организмов, способных люминесцировать, встречаются не так уж и редко. Это и светлячки, бактерии, и медузы с червями, не говоря уже о глубоководных рыбах и других животных. Люминесценция помогает этим организмам привлекать добычу, общаться или просто освещать пространство рядом с собой. Команде ученых из Университета Вандербильдта удалось поставить люминесценцию себе на службу. Ученые получили генетически модифицированную форму энзима, вызывающего биолюминесценцию клеток тела и с его помощью «научили» светиться клетки мозга.
Цель проекта — обеспечить биолюминесценцию нейронов мозга во время их работы. Это, по мнению ученых, позволяет лучше понять принцип работы мозга простых организмов, что может привести и к пониманию принципов работы мозга более сложноорганизованных животных.
Читать полностью »
Совместная работа американских инженеров из Стэнфордского университета и исследовательского центра Пало Альто привела к созданию датчика на гибкой основе, способного различать силу нажатия. Датчик отсылает электрические импульсы, аналогичные импульсам, идущим от кожи – при этом, как и у кожи, их количество возрастает с силой нажатия. Этот материал будет использоваться при создании протезов нового поколения.
Как объясняет руководитель исследования, профессор Женан Бао [Zhenan Bao], главное преимущество датчика в том, что он выдаёт импульсы, которые нервная система способна обрабатывать непосредственно. По его словам, для протезов ранее уже создавались датчики давления, но выдаваемые ими импульсы шли совсем не в том формате, в котором их смог бы воспринимать мозг. В связи с этим протезу требовался компьютер для конвертации сигналов.
Новый датчик оборудован простым электронным контуром, позволяющим выдавать импульсы нужного формата. Поскольку датчики расположены на гибком и растяжимом материале, они могут пригодиться и в носимой электронике. Например, закрепив их на одежде, можно будет с их помощью считывать сердцебиение или давление.
Один из слоёв датчика сделан из полимера, пронизанного углеродными нанотрубками и сформированного в виде пирамидок. При сжатии гибкой основы пирамидки деформируются, что приводит к изменению проводимости сжимаемого участка. А под этим слоем расположен распечатанный контур осциллятора, преобразующего переменный ток в последовательность импульсов. Чем больше нажатие, тем больше ток и тем быстрее идут импульсы.
Читать полностью »
Биологам удалось создать оптогенетический стимулятор сердца, воздействующий на сердечные сокращения лазерными импульсами. Описание успешного эксперимента, проведённого на мухах-дрозофилах, появилось на этой неделе в журнале Science Advances.
Классические стимуляторы сердца работают, отправляя электрические импульсы клеткам органа. Под воздействием импульсов клетки сокращаются, и таким образом поддерживается постоянный ритм сердцебиения. В данном же эксперименте учёные использовали достижения сравнительно новой области науки, оптогенетики.
В оптогенетике для стимуляции клеток (в первую очередь биологи занимались нейронами) их генетически модифицируют, заставляя клетки вырабатывать специальные белки – ионные каналы, позволяющие ионам перемещаться сквозь клеточную мембрану. Благодаря наличию этих белков клетки начинают реагировать на свет.
В самом начале развития оптогенетики подопытным животным приходилось внедрять в организм оптоволокно, чтобы подавать световые импульсы в интересующую область. В этом году американские учёные разработали беспроводные микроскопические имплантаты, оборудованные радиомодулем и светодиодом. Они способны включаться и выключаться по управлению извне.
Читать полностью »
Нейробиологи из Института биологических исследований им.Салка (Калифорния, США) представили новую технику выборочной стимуляции нейронов под названием соногенетика. В своей работе они утверждают, что получили возможность неинвазивно активировать нейроны при помощи ультразвука.
Для изучения работы мозга биологи уже несколько лет назад разработали схему включения нужных нейронов при помощи света. В клетку придумали вводить ген натриевого канала, реагирующий на фотоны. Если посветить на клетку, в неё начинают поступать ионы натрия, что и возбуждает нейрон. Правда, с успокоением нейронов справляться пока не научились – для успокоения клетки выпускают наружу ионы калия, но таких управляемых светом каналов в природе ещё не обнаружено.
Это изобретение сразу же продвинуло вперёд нейробиологию. Учёные бросились к мышам и спешно стали ставить один эксперимент за другим, познавая устройство мозга. Им удалось отследить процесс формирования памяти, включать и выключать болевые рецепторы, симулировать эффекты воздействия наркотиков и даже включать и выключать эрекцию. Правда, все эти исследования проводились пока только на мышах. Ведь самая главная проблема этого метода – необходимость проделывать канал в черепе и мозгу для подвода оптики.
Читать полностью »
