Блуждающий нерв
Публикации по нейронаукам, биоинженерии и вокруг, которые привлекли мое внимание. В основном это свежие исследования из научных журналов, но не обязательно.
Show more8 633
Subscribers
+124 hours
+127 days
-2930 days
- Subscribers
- Post coverage
- ER - engagement ratio
Data loading in progress...
Subscriber growth rate
Data loading in progress...
Новую попытку ‘обратного инжиниринга мозга’ финансируют AFOSR и IARPA*, что любопытно. Вышел препринт, где изложены концепция и подход, авторы из UC Davis, UC Berkeley, MIT, Stanford, Georgia Tech, UT Austin, University of Florida. Настрой серьезный.
Их кредо: с появлением новых поколений фотонных и электронных мемристивных материалов задача выглядит куда более реалистичной. Следует отказаться от КМОП, от архитектуры фон Неймана и перейти на электронно-фотонные 3D схемы и биоправдоподобные алгоритмы, чтобы воспроизвести пластичность, адаптивность и способность обучаться на шумных данных. Повторяя за мозгом, они хотят получить энергоэффективные и не жадные до данных вычисления — то, что мозгу дается легко.
В препринте подробно о том, что и как они будут делать. Ключевое — фраза о разработке “интеллектуальных агентов, которые могут работать в тандеме с людьми над сложными задачами в шумной и непредсказуемой среде”. Вот откуда здесь AFOSR и IARPA. Это часть стратегии, где также и DARPA c программой N3, а восходит она к отцам-основателям Агентства, таким как Дж. Ликлайдер с его “Симбиозом человека и компьютера”.
Очевидно, интерес к нейроморфным вычислениям будет расти, поскольку нейросети прожорливы, а материалы становятся все более биомиметическими.
* Военно-воздушное управление научных исследований США и Агентство передовых исследований в сфере разведки США.
Towards Reverse-Engineering the Brain: Brain-Derived Neuromorphic...
The human brain has immense learning capabilities at extreme energy efficiencies and scale that no artificial system has been able to match. For decades, reverse engineering the brain has been one...
«Мини-печень» вырастет в лимфатическом узле человека, сообщает нам Nature. Биотехнологи из LyGenesis ввели донорские клетки печени в лимфатический узел пациента с печеночной недостаточностью. Идея состоит в том, что в течение нескольких месяцев донорские клетки вырастут в «миниатюрную печень», фильтрующую кровь.
Пациент, получивший лечение 25 марта, выписан из клиники и успешно восстанавливается после процедуры. Как утверждает СЕО LyGenesis, лимфатические узлы идеально подходят для выращивания мини-печени, поскольку получают много крови, и их сотни по всему телу. Компания уже тестирует аналогичный подход к выращиванию клеток почек и поджелудочной железы в лимфатических узлах животных.
‘Mini liver’ will grow in person’s own lymph node in bold new trial
Nature - Biotechnology firm LyGenesis has injected donor cells into a person with liver failure for the first time.
Как может выглядеть медицина будущего? Пятьдесят специалистов из ведущих лабораторий США выдали базу: “Большие вызовы на стыке инженерии и медицины”. По сути, это дорожная карта, где обозначены ключевые технологии на пару десятилетий вперед. Не про всю медицину в целом, но про самую, пожалуй, перспективную ее часть — ту, что касается био- и нейро-инженерии.
Главное, что я бы отметил — переход от манипуляции биохимией (фарма) к управлению коллективами клеток (инженерия). Здесь разница в уровнях, на котором происходит воздействие, и это согласуется с тем, что я писал ранее. Другой важный переход: “от лечения симптомов заболеваний с помощью малых молекул широкого действия к лечению непосредственных причин заболеваний”.
Ожидается много всего: персонализация, мультимодальные данные, моделирование in silico и in vitro, умные материалы, выращивание тканей, управление иммунной функцией, редактирование генома. Но главное, что добавится, это возможность “заменять детали”, от клеток до органов.
Это будет не так просто — нужно уметь контролировать поведение тканей в организме, вдолгую. Авторы не затрагивают такие свойства как эволюция или агентность, пусть и зачаточная, что может сильно усложнить задачу. Но в целом картина хорошо расписана, для интересующихся must read.
Grand Challenges at the Interface of Engineering and Medicine
Over the past two decades Biomedical Engineering has emerged as a major discipline that bridges societal needs of human health care with the development of novel technologies. Every medical institution is now equipped at varying degrees of sophistication ...
Хронический стресс усиливает метастазы, пишут в Cancer Cell, а я вновь думаю про тесную связь нервных клеток с опухолями, о чем сейчас все больше сведений. Не раз уже писал здесь о cancer neuroscience, а недавно в Nature вышел текст о том же.
В свое время меня впечатлил эксперимент, прямо показывающий, что активность нейронов влияет на развитие глиом. Это было сотрудничество Мишель Монже из Стэнфорда и Дэвида Гутманна из WashU. Дэвид вывел ГМ-мышей, у которых на 9 неделе развития возникали опухоли в зрительном нерве, а Мишель владела методом оптогенетики. Она стимулировала этот нерв, и опухоли становились больше и агрессивнее.
Сразу возникла идея сделать наоборот — не усиливать активность зрительного нерва, а приглушить ее. Для этого в лабе Гутманна выращивали мышей почти в темноте, при тусклом свете. И вот Монже вспоминает, что шла по коридору, когда ей позвонил Гутманн. Он сказал: “опухолей нет”.
— Что? Что значит "нет опухолей"? Ты уверен, что это те самые мыши?
— Да. Я никогда раньше такого не видел. Опухолей нет.
Они повторили опыт в Стэнфорде, а затем еще раз в лаборатории Гутманна. В темноте опухоли не развивались. А на свету — как по расписанию.
Их статья вышла в Nature в 2021-м. С той поры было еще много разных экспериментов, но этот самый наглядный.
Для серьезного погружения в тему рекомендую обзор в Cell “Cancer neuroscience: State of the field, emerging directions”. А если попроще — позавчера вышел подкаст с Монже, где она рассказывает сперва про Long Covid, а далее о нейробиологии рака. По ссылке и аудио, и транскрипт.
Chronic stress increases metastasis via neutrophil-mediated changes to the microenvironment
Chronic stress is linked to increased metastasis in cancer patients, but the underlying mechanisms remain unclear. In this study, He et al. show that chronic stress increases metastasis by affecting neutrophils. Chronic stress, via glucocorticoids, alters neutrophils’ circadian rhythm and establishes a metastasis-promoting microenvironment by inducing neutrophil extracellular trap formation.
Органоиды мозга могут обучаться, это показали в Indiana University, подключив органоид к многоэлектродной матрице и обучив его распознавать голоса разных людей. В этой схеме электроды служили внешними слоями нейросети: через них подавали “входной” сигнал и считывали активность клеток в качестве “выхода”. Сам же органоид, как считают авторы статьи в Nature Electronics, выполнял резервуарные вычисления.
В феврале 2023 группа нейроученых из Johns Hopkins выдвинула инициативу “Органоидный интеллект”. Они предлагали подключать органоиды к электронике и создавать биологическую альтернативу искусственным нейросетям, выигрывая у тех по энергоэффективности и скорости обучения. Теперь сделан первый шаг в русле этой идеи (или второй, если считать игру в пинг-понг культуры нейронов год назад).
‘Biocomputer’ combines lab-grown brain tissue with electronic hardware
Nature - A system that integrates brain cells into a hybrid machine can recognize voices.
Сразу и Science, и Nature сообщают про “антроботов”: из клеток трахеи взрослого человека биологи создали органоиды, которые могут передвигаться с помощью ресничек. Они не только плавают и ползают, но и вызывают быстрое заживление царапин в слое культивируемых человеческих нейронов. Я писал об этом в феврале, но тогда был препринт, и вот вышла статья.
Эта работа под началом Майкла Левина — логичное продолжение истории с ксеноботами. Ксено- означает лягушку; антро-, понятно, человека. У беспокойных комочков, смахивающих на странные существа, обычный человеческий геном, без примесей и редактуры. В человеке эти клетки устилают поверхность трахеи, но если их “освободить” и дать развиваться вне организма, они собираются в комки и начинают бродить и кружить по разным траекториям.
Антро/ксено-боты — это инструмент, с помощью которого ученые пытаются исследовать скрытое разнообразие форм и поведений, возможных биологически, но которые, словно свернутые измерения, никогда не реализуются. То, что мы наблюдаем в природе, от бактерий до слонов, может быть лишь пузырьком в неизведанном пространстве потенциального.
Зная, как оно устроено, можно будет искать принципы управления формой (а по сути, поведением масс клеток), чтобы решить проблемы регенерации, рака и старения. Амбиция здесь именно такая, не меньше. К слову, та самая статья Левина про медицину будущего вновь в открытом доступе. И 'возня с антроботами' имеет прямое к ней отношение.
Tiny ‘anthrobots’ built from human cells could help heal the body
Self-propelled organoids repair nerve tissue in lab, could one day ferret out disease or deliver drugs
Хотел написать про чемпионов микросна, пингвинов, которые спят по 10+ тысяч раз в сутки, выделяя не больше четырех секунд на каждый сон, но Илья уже рассказал лучше и полнее, чем это удалось бы мне. Правда, я ждал этой новости, чтобы отметить еще одно любопытное исследование, о котором можно прочесть в том же Science: Джессика Кендалл-Бар, сотрудница Института океанографии UC San Diego, пишет о том, как она изучала сон северных морских слонов (тюленей).
Оказалось, на суше они спят по 10 часов в день, но во время многомесячных походов в океане им хватает всего двух. Причем в сон они погружаются и ментально, и физически: чтобы достичь состояния глубокого сна, уходят вниз на 200 метров и ниже. Только так удается вздремнуть, не рискуя нарваться на акул и китов. Затем мозг переходит в фазу R.E.M., слонов настигает сонный паралич, и дальше их уносит вниз по спирали.
Как считает Джессика, морские слоны “демонстрируют беспрецедентную гибкость сна, что ставит под сомнение предположения о базовых требованиях ко сну и хронической депривации сна у млекопитающих”. Вопрос о том, сколько сна нужно мозгу, не имеет однозначного ответа. И да, как и в случае с пингвинами, эти данные были собраны ЭЭГ датчиками.
Lessons from sleep in the deep
Records of seal sleep at sea reveal extreme sleep duration flexibility
О скрытой структуре нейросетей | Скотт Александер написал крутой пост с таким подзаголовком: “Внутри каждого ИИ есть еще больший ИИ, который пытается выбраться наружу”. В тексте он очень хорошо объяснил идею, которую развивают люди из Anthropic. Смысл ее в том, что “знание/мышление” любой обученной модели содержится не в ее нейронах и связях, а в абстрактных нейронах и связях, которые та своей сетью симулирует. В двух словах это изложить трудно, так что отсылаю к прекрасному посту Скотта.
Вот его резюме:
“Мы надеялись, что сможем понять, что делают наши ИИ, просто взглянув на них. Но оказалось, что они симулируют гораздо большие и более сложные ИИ, и если мы хотим понять, что происходит, нам нужно смотреть на них. Однако эти ИИ существуют только в симулированных абстрактных гипермерных пространствах".P.S. Конечно, неизбежно возникает вопрос, не работают ли по схожему принципу нейросети мозга, и тут надо думать, как перенести формализм Anthropic на нейробиологию. Вероятно, сам подход должен быть близок Константину Анохину, ведь когнитом это тоже скрытая структура поверх физической сети.
God Help Us, Let's Try To Understand The Paper On AI Monosemanticity
Inside every AI is a bigger AI, trying to get out
Новая атака на Neuralink, на этот раз от членов Палаты представителей. Вот тут подробно: “Законодатели США просят SEC начать расследование мошенничества в отношении Илона Маска”.
Суть обвинений — жестокое обращение с обезьянами, о чем Маск якобы знал, но прилюдно солгал, чем и ввел инвесторов и общество в заблуждение. Животные испытывали разнообразные страдания, а по меньшей мере 12 здоровых особей были умерщвлены из-за проблем с имплантами.
Письмо в SEC (Комиссию по ценным бумагам и биржам) возникло на контрасте с долгожданным одобрением FDA и недавним репортажем Bloomberg, где автор лично побывал в Neuralink и заверил читателей, что обезьяны и овцы живут в прекрасных условиях. Это даже может быть правдой, но спрос сейчас с Маска по фактам прошлых лет. Ждем реакции SEC.
US Lawmakers Ask SEC to Launch Fraud Investigation Into Elon Musk
A letter members of Congress sent to the SEC claims that Musk misled Neuralink investors in a post on X about the fate of monkeys used to test a brain-chip interface.