Будущее за киборгами и бэтменами. Биолог о главных научных событиях года

На ютуб-канале Andersen прошла онлайн-встреча с Ильёй Колмановским — российским научным журналистом и кандидатом биологических наук. Пересказываем часть лекции, в которой учёный рассказывает о самых интересных и свежих открытиях в биологии, медицине и компьютерных науках.

2 комментария
Будущее за киборгами и бэтменами. Биолог о главных научных событиях года

На ютуб-канале Andersen прошла онлайн-встреча с Ильёй Колмановским — российским научным журналистом и кандидатом биологических наук. Пересказываем часть лекции, в которой учёный рассказывает о самых интересных и свежих открытиях в биологии, медицине и компьютерных науках.

Миллион киборгов к 2030 году

Киборги — люди, которые носят в теле электронные компоненты. За одним из таких людей я давно наблюдаю. Его зовут Ян Бурхарт (Ian Burkhart). Он паралитик, и ему одному из первых подключили к головному мозгу чип, позволяющий управлять руками. 

В апреле 2020 года Ян снова попал в новости — он стал первым киборгом, которому установили на чип обновленную прошивку с новыми функциями. 

Для того, чтобы подключиться к компьютеру и снова управлять своим телом, Ян решился на тяжёлую операцию. Ему просверлили череп и вживили в мозг разъём для чипа. Через чип мысль —  «я хочу пошевелить рукой» — посылается в компьютер, который стимулирует мышцы руки электродами. После трёх недель реабилитации Ян смог впервые за несколько лет усилием мысли пошевелить рукой. Постепенно взаимодействие мозга и рук Яна с компьютером улучшалось. Он смог пользоваться кредитной карточкой и даже играть в Guitar Hero. 

В ходе эксперимента обнаружилось несколько проблем. У Яна отсутствовало осязание — он мог двигать рукой, но не чувствовал её. Как вернуть осязание, если чип находится в двигательной, а не в осязательной области мозга? Учёные стали анализировать на компьютере сигналы, получаемые из мозга киборга, и заметили среди мыслей о движении рукой дополнительный трафик. Оказалось, что в теле Яна повреждены не все осязательные волокна, но «рабочих» волокон было недостаточно для того, чтобы мозг мог «почувствовать» прикосновение к предмету. Однако тихие сигналы о прикосновении всё равно попадали в осязательную кору. Более того — эти сигналы поступали и в двигательную кору головного мозга. Учёные с помощью AI научили компьютер считывать и фильтровать осязательный трафик с чипа Яна. 

На схеме ниже изображено, как работает осязание киборга. Киборг берёт в руку стакан с водой. Осязательный трафик поступает в мозг, но слишком слабый — мозг его не считывает. Информация о трафике отправляется в компьютер, который в свою очередь направляет её на красную манжетку на правом бицепсе киборга. Манжетка сильно сжимается — киборг чувствует предмет в своей руке.

Всё это очень впечатляет, но есть один нюанс — «интерфейс киборга» доступен Яну только в лаборатории. Из хороших новостей: чип прослужил гораздо дольше, чем ожидалось — мозг не отвергал «железо» на протяжении нескольких лет.     

Ожидается, что эксперимент, в котором Ян принимает участие, позволит улучшить жизнь людей с ограниченными возможностями. Кроме того, подобные опыты дают массу важной информации о работе мозга.

Через 10 лет число киборгов в мире может увеличиться до миллиона. Пока речь идёт об установке компьютерных интерфейсов в тела инвалидов, но когда-нибудь чипы смогут расширить возможности и здоровых людей. 

Новая печень за время прогулки 

2020-й — насыщенный год для изучения органоидов (органоиды — органы, выращенные в лабораторных условиях — dev.by). 

Пока я гуляю по улице, в лаборатории могут вырастить мою печень. Для этого потребуется всего лишь кусочек моей кожи или немножко клеток костного мозга. Клетки можно перепрограммировать в стволовое состояние — в таком виде они существовали, когда я был эмбрионом. Тогда клеток было всего несколько, и они ещё не знали, кем каждая станет: печенью, нейронами, сердцем или мышцами. 

Учёные научились перепрограммировать клетки (сначала мышей, а потом и людей) довольно давно — 15 лет назад. Трансформированные стволовые клетки ещё называют «яманаковскими» — по фамилии японского биолога Синъя Яманака, который их открыл. Учёные научились из «комка» таких клеток выращивать любые органы. Правда, органы не совсем настоящие —  они крошечные, размером с рисовые зёрна.

Если с печенью (или с другими органами) что-то не так, можно сделать 1000 её органоидных моделек и разослать во все лаборатории мира. 

В этом году было сделано несколько важных экспериментов над органоидами. Впервые выращенная в лабораторных условиях печень человека была пересажена животному. В организме крысы печень прожила несколько дней и помогала переваривать корм, пока не была убита иммунитетом. Оказалось, что необязательно больному человеку пересаживать целую печень. Достаточно подсадить в организм небольшой комок здоровой печени, чтобы запустить процесс регенерации. 

Немецкие учёные научились создавать целые массивы органоидов. Почему это важно? Например, у человека обнаружили рак кишечника. Можно взять биопсию ткани, затем вырастить тысячи маленьких кишечничков с опухолью и провести масштабный скрининг — с помощью роботов добавить в каждый органоид разные лекарства и найти подходящее для конкретного органа конкретного человека. 

Или другой эксперимент. Учёные заразили печени, кишечники и мозги огромного количества людей COVID-19. При этом сами люди не участвовали в эксперименте — опыт проводился в лаборатории над их органоидами. 

Из телеграм-канала Ильи Колмановского: органоид кишечника, белые пятна — клетки, пораженные вирусом. 

Оказалось, что ковид способен заражать клетки мозга. Это плохая новость, потому что раньше заражение органов вирусом связывали с работой иммунитета. Теперь стало понятно, что ковид поражает органы напрямую. Но хорошая новость состоит в том, что в рамках этих исследований провели скрининги огромного числа лекарств и нашли нового кандидата на возможное противовирусное лечение: существующий препарат, иматиниб, обычно применяемый при раке легкого. Это открытие было бы невозможно без массового производства органоидов и механизированного скрининга тысячи лекарств.   

Как летучие мыши учат людей быть толерантными к вирусам

В эти недели меня занимает вопрос о том, как вирусы живут в летучих мышах и почему эти животные являются таким фантастическим рассадником коронавируса? 

За историю человечества летучие мыши передали людям уже 7 коронавирусов. 3 из них вызвали серьёзные эпидемии в 21 веке, а ещё 4 вызывают у людей сезонные простуды (это не меньше 20% сезонных простуд). Как и COVID-19, простуды до сих пор не имеют противовирусного лечения. 

Летучие мыши живут с огромным количеством вирусов в крови  (некоторые из них— смертельны для других млекопитающих) и прекрасно себя чувствуют. В ходе экспериментов летучих мышей заражали вирусами — у них даже не поднималась температура (в частности, потому что у них она всегда очень высокая — 40 градусов). Такая вирусоустойчивость имеет негативный эффект для остальных млекопитающих, в том числе и людей: летучие мыши — это рассадник болезней. 

Девиз учёных из Оксфорда и Дублина, которые проводят опыты над мышами, гласит: «Что не убивает летучих мышей, возможно, сделает нас сильнее».

Мы привыкли думать, что вирусы несут для людей угрозу. Но «философия» летучих мышей подсказывает нам, что, быть может, стоит научиться жить с вирусами более мирно. Такая идея толерантности в противовес идеи ксенофобии. 

Когда вирус попадает к нам в тело, иммунитет начинает с ним войну. И непропорциональный иммунный ответ на вирусное вторжение часто убивает человека. Похоже, что летучие мыши умеют давать очень сбалансированный иммунный ответ вирусу. 

Летучие мыши — удивительные существа. Они живут по 40 лет (обычные мыши — по 2 года). Они летают, и поэтому имеют очень высокий уровень метаболизма. Они не болеют раком и мирно живут с вирусами. Оказывается, эти три вещи — звенья одного механизма, а именно — удивительно устроенного воспаления. 

Организм летучих мышей всегда немного воспалён (повышение воспаления  (аутоиммунности) организма — один из маркеров старения человека). Повышенный метаболизм позволяет летучим мышам выводить из организма избыток свободных радикалов, которые накапливаются в результате повышенного воспаления. В человеческом организме количество свободных радикалов увеличивается с возрастом и разрушает клетки. Из-за высокой температуры и сердцебиения вирусы в теле мышей не могут сильно размножиться и стать смертельными. Кроме того, летучие мыши разными способами обучают свой иммунитет не давать сильный ответ на проникновение новых вирусов. 

Усвоение двух принципов — повышенной воспаленности и контроля над иммунитетом — позволит нам стать похожими на летучих мышей. 

Хотите сообщить важную новость?

Пишите в наш Телеграм

Читайте также

Аналитики назвали самые популярные вредоносные рассылки в этом году
Аналитики назвали самые популярные вредоносные рассылки в этом году
Аналитики назвали самые популярные вредоносные рассылки в этом году
Билл Гейтс о конце пандемии и следующем, «более серьезном», вызове человечеству
Билл Гейтс о конце пандемии и следующем, «более серьезном», вызове человечеству
Билл Гейтс о конце пандемии и следующем, «более серьезном», вызове человечеству
11 комментариев
Доходы Zoom выросли в четыре раза во втором квартале этого года
Доходы Zoom выросли в четыре раза во втором квартале этого года
Доходы Zoom выросли в четыре раза во втором квартале этого года
Youtube начал удалять вдвое больше видео во время пандемии
Youtube начал удалять вдвое больше видео во время пандемии
Youtube начал удалять вдвое больше видео во время пандемии

Обсуждение

0

Очень технологичный штепсель в голове у парня ))

0

ага, com 1/2

Спасибо! 

Получать рассылки dev.by про белорусское ИТ

Что-то пошло не так. Попробуйте позже