На что способны имплантированные в мозг микрочипы и нанопыль, которая их заменит

Недавно группа нейрофизиологов из лаборатории профессора Медицинской школы Университета Дьюка Мигеля Николесиса (Miguel Nicolelis) продемонстрировала управление колесной платформой с помощью сигналов, полученных от электродов, имплантированных в моторную кору мозга обезьяны. Такие работы открывают перспективы создания протезов и инвалидных кресел для парализованных больных, которые смогут управлять их движением просто «силой мысли». С другой стороны, хирургическая имплантация электродов в мозг остается пугающей и опасной процедурой, способной ограничить применение этих технологий. О том, как проходили эксперименты с обезьянами и какое будущее ждет инвазивные методы регистрации активности нейронов, мы поговорили с одним из авторов работы, исследователем из Университета Дьюка Михаилом Лебедевым.

«N+1»: За последние годы ваша группа провела совершенно потрясающие работы с использованием микроэлектродов: расширение видимого спектра крыс подключением ИК-датчиков; управление сразу парой роборук за счет сигналов, полученных из моторной коры обезьяны; соединение мозгов двух обезьян в единое управляющее устройство... На таком ярком фоне новая работа с «мысленным» контролем над колесной платформой чем-то выделяется?

М.Л.: Выделяется, причем достаточно заметно. Дело в том, что прежде считывание сигналов с моторной коры рассматривалось только с точки зрения управления конечностью — рукой, ногой... При этом нейронные механизмы, связанные с перемещением всего тела, остаются нераскрытыми даже на фундаментальном уровне. Поэтому до самого начала экспериментов оставалось неясным, сможем ли мы в принципе, считывая сигналы управления руками и ногами, интерпретировать их с точки зрения движения всего тела. У обезьяны не было никакого рычага и других способов направлять колесную платформу — она просто представляла соответствующие движения рук и ног в пространстве.

Можно вспомнить, как обычно рисуют мозг с моторным гомункулусом: одной области соответствуют нейроны, управляющие движением руки, другой — ноги или шеи... Обратите внимание: на этой схеме нигде нет группы нейронов, которая бы соответствовала телу в целом, его перемещению в пространстве. Так как области мозга, представляющие все тело, пока не описаны, мы попробовали получить нужный сигнал из активностей нейронов, которые управляют конечностями, и на том же гомункулусе ярко выделяются.

Более того, сейчас мы готовим статью, связанную с продолжением этой истории. В новом варианте эксперимента мы скомбинировали его с подходом, который использовали раньше, в работе с «объединением» двух мозгов: одна обезьяна ездила в своей тележке, а другая сидела в углу, наблюдая за ней. Движения тележки отражались в мозге и водителя, и наблюдателя. В этом большой новости нет: известно, что движения существ, за которыми человек наблюдает, зеркалируется в активности и его собственных нейронов. Однако нам удалось объединить сигналы и «водителя», и «наблюдателя», а затем передать управление колесами итоговому, суммирующему сигналу.

w512

«N+1»:Тут возникает вопрос о том, как именно выделяется нужный сигнал. Для интерпретации данных о возбуждении сотен нейронов понадобилась нейронная сеть?

М.Л.: В этой части мы решили поступить максимально просто и использовали сравнительно несложный метод выделения сигнала, фильтр Винера. Упрощенно говоря, наша модель получала данные по частоте разрядов нейронов, умножала активность каждого на определенный весовой коэффициент, суммировала и на выходе давала нужный параметр — в нашем случае, это либо скорость движения вперед-назад, либо угловая скорость, соответствующая вращению тележки вокруг вертикальной оси. Такой фильтр, конечно, нуждается в предварительном обучении, чтобы выбрать правильные коэффициенты.

На этапе обучения фильтра обезьяна не управляла тележкой, а просто каталась на ней, движения колес случайным образом задавал компьютер. С помощью наших электродов мы регистрировали активность, которая возникала в моторной коре обезьяны в ответ на разные виды движений. Фильтр Винера оценивал эту активность и в зависимости от ее величины в каждом случае присваивал два коэффициента: «вклад» нейрона в движение вперед-назад и в поворот вокруг своей оси. То есть, если нейрон активно возбуждался при таком движении, он получал большой коэффициент, если нет, то маленький.

Из опыта мы знаем, что это не очень сложная задача, и для обучения фильтра при том количестве входных данных, что мы имеем, — а это порядка 300 нейронов с двух полушарий — достаточно сеанса максимум в 10 минут. Затем мы уже можем передать управление обезьяне.

При попытке двинуться в определенную сторону ее нейроны разряжаются, эти данные снимаются и поступают в обученный фильтр, где перемножаются на нужные коэффициенты, суммируются — и мы получаем на выходе две скоростные компоненты. При этом, по мере того как обезьяна осваивает такое управление, ее мозг пластично адаптируется, выдавая все более четкий сигнал, и обезьяна быстрее добирается до награды.

w513

«N+1»:Получив такой обученный фильтр, мы можем применить его на другом животном?

М.Л.: Нет, такого не получится. Имплантируя микроэлектроды, мы, конечно, попадаем в нужную область очень точно, но не с точностью до нейрона. Да и локализация нейронов у каждого животного индивидуальна. Поэтому даже одни и те же электроды у разных обезьян могут записывать разные показатели, фактически, случайным образом.

Можно добавить, что животные, которых мы использовали в экспериментах, ходят с «хронически» имплантированными электродами не первый год. Они уже участвовали во многих опытах, в основном, по управлению роботизированной рукой.

«N+1»: Звучит довольно брутально. Вообще, на фоне быстрого развития неинвазивных методов получения данных об активности мозга — таких как ЭЭГ или томография — не теряют ли микроэлектроды актуальности? Ведь они требуют хирургической имплантации, вскрытия черепной коробки и так далее...

М.Л.: Никоим образом. Та же ЭЭГ, по сути, какой была сто лет назад, такой и остается сегодня — прогресс в этой области заключается, в основном, в улучшении алгоритмов и средств интерпретации данных. Но в целом он по-прежнему не позволяет получать точные, высококачественные сигналы, и вряд ли это измениться в будущем. ЭЭГ данные — это всегда данные о синхронном срабатывании достаточно большого количества нейронов.

Возникает даже своего рода парадокс. Ведь когда нейроны делают что-то осмысленное — например, управляют рукой, — они разряжаются небольшими группами. А синхронная активность проявляется как раз в периоды, когда они никакой осмысленной, нужной нам для интерпретации деятельностью не занимаются. Самые масштабные синхронные срабатывания наблюдаются во сне, и ЭЭГ во сне демонстрируют самую большую амплитуду. Поэтому системы ЭЭГ работают «от обратного»: сильный сигнал означает, что субъект находится в покое, слабый — что он чем-то занят. При этом детали этого занятия совершенно ускользают.

В силу этих причин думаю, что ЭЭГ и близкие ему методы будут развиваться больше в сторону нейрореабилитации, помощи больным после инсультов и тому подобных вещей. А для более тонкого контроля, в любом случае, понадобятся инвазивные методы. Конечно, со стороны сегодня они кажутся достаточно страшными: нужно открыть череп, вставить электроды... Но, думаю, эти проблемы будут решены в ближайшие 10–20 лет.

w514

«N+1»: Вспоминается недавняя работа австралийских ученых, предложивших микроэлектрод, который проникает в мозг по сосудам и «раскрывается» в нужном месте, фиксируясь и снимая активность соседних нейронов. Вы имеете в виду такие решения?

М.Л.: Это, безусловно, очень хорошая идея. Главное — что качество записи, которое дает такой подход, сравнимо с данными электрокортикографии, при которой электроды просто кладутся на поверхность мозга, но внутрь нервной ткани не вводятся, так что это достаточно безопасно. Запись «через сосуды» дает такое же разрешение, но при этом позволяет добраться и в глубинные структуры мозга, работая и в подкорковых областях. С другой стороны, конечно, возникают вопросы о том, насколько безопасно ходить с такими электродами в сосудах, не будут ли они провоцировать нарушения кровоснабжения и все подобное — это еще стоит тщательно изучить.

Нельзя забывать и о том, что активно развиваются нанотехнологии, которые теоретически позволят сделать электроды очень и очень маленькими. Существует даже концепция использования «нанопыли», — частиц, которые будут проникать в мозг и считывать активность индивидуальных нейронов, передавая эти данные на устройство, расположенное снаружи черепа. Возможностей минимизировать опасность инвазивного подхода у нас достаточно.

Беседовал Роман Фишман

21.03.2016 Источник: nplus1.ru

Частичное перепрограммирование восстанавливает молодую экспрессию генов за счет временного подавления идентичности клеток

 Авторы: Antoine Roux, Chunlian Zhang, Jonathan Paw, José Zavala-Solorio, Twaritha Vijay, Ganesh Kolumam, Cynthia Kenyon, Jacob C. Kimmel     Аннотация   Сообщалось, что временная индукция...

Читать далее

Профилирование эпигенетического возраста в отдельных клетках

 Авторы: Александр Трапп, Чаба Керепеси, Вадим Николаевич Гладышев     Аннотация   Метилирование ДНК определенного набора динуклеотидов CpG стало критическим и точным биомаркером процесса старения. Многовариантные модели машинного обучения, известные как...

Читать далее

Эпигенетические часы показывают омоложение во время эмбриогенеза, с последующим старением

      Краткое содержание   Представление о том, что клетки зародышевой линии не стареют, возникло еще  с 19-го века от идей Августа Вейсманна. Однако...

Читать далее

Мультиомиксное омоложение клеток человека путем кратковременного перепрограммирования в фазе созревания

      Краткое содержание   Старение - это постепенное снижение физической формы организма, которое со временем приводит к дисфункции тканей и заболеваниям. На клеточном...

Читать далее

Универсальный возраст по метилированию ДНК в тканях млекопитающих (препринт)

Новые результаты       Старение часто воспринимается как дегенеративный процесс, вызванный случайным накоплением клеточных повреждений с течением времени. Несмотря на это, возраст можно...

Читать далее

Ограниченное омоложение старых гемопоэтических стволовых клеток в молодой нише костного мозга

      Гемопоэтические стволовые клетки (HSC) с возрастом обнаруживают функциональные изменения, такие как снижение регенеративной способности и миелоидно-зависимая дифференцировка. Ниша HSC, которая...

Читать далее

Разведение плазмы улучшает когнитивные функции и снижает нейровоспаление у старых мышей

      Наше недавнее исследование установило, что факторы молодой крови не являются причиной и не являются необходимостью для системного омоложения тканей млекопитающих...

Читать далее

Пора кончать со старой кровью - Джош Миттельдорф

      2020 год обещает нам, что мы сможем сделать наши тела молодыми без явного восстановления молекулярных повреждений, но лишь просто изменив...

Читать далее

Омоложение тканей трех зародышевых листков путем замены плазмы старой крови солевым раствором альбумина

     Аннотация   Гетерохронный обмен крови омолаживает старые ткани, и большинство исследований о том, как это работает, фокусируется на молодой плазме, ее фракциях...

Читать далее

Обращение возраста: измерение эпигенетического возраста двух разных видов с помощью одних часов

   Аннотация   Известно, что молодая плазма крови оказывает благотворное влияние на различные органы у мышей. Однако не было известно, омолаживает ли молодая...

Читать далее

Прорыв в омоложении

  Если вы избегаете громких заявлений и в течении длительного времени соблюдаете дисциплину недосказывания посреди яркого неонового мира, то возможно вы...

Читать далее

Трансплантация ACE2-мезенхимальных стволовых клеток улучшает результат лечения у пациентов с пневмонией, вызванной COVID-19

Озвучить текст роботом: 

    Краткое содержание   Коронавирус (HCoV-19) вызвал новую вспышку коронавирусной болезни (COVID-19) в Ухане, Китай. Профилактика и реверсия...

Читать далее

Диагностика старения на основе 9 признаков «Hallmarks of Aging»

  “Если вы не можете измерить это, вы не можете улучшить его”, — так сказал Уильям Томсон, великий ирландский физик известный...

Читать далее

Паттерны биомаркеров старения, смертности и вредных мутаций проливают свет на начинающееся старение и причины ранней смертности - Гладышев 2019

Основные моменты Смертность от возрастных заболеваний U-образная с надиром ниже репродуктивного возраста Количественные биомаркеры старения постоянно меняются на протяжении всей жизни Бремя мутаций...

Читать далее

Клеточное старение. Определение пути вперед

Клеточное старение - это состояние клетки, вовлеченное в различные физиологические процессы и широкий спектр возрастных заболеваний. В последнее время быстро растет...

Читать далее

Видео: Суть старения и путь к долголетию - Гладышев В.Н.

Лекторий МГУ: Вадим Николаевич Гладышев, 28 мая 2019 г. 17.00Тема лектория: «Суть старения и путь к долголетию». Профессор Факультета биоинженерии и...

Читать далее

Японцы получили разрешение скрестить эмбрион человека и животного

Ученые давно проводят эксперименты по выведению различных гибридных видов животных. Как правило, это относится к лабораторным животным, опыты над которыми...

Читать далее

Мыши смогли восстановить ампутированные пальцы при помощи двух белков

  Возможно, в будущем люди смогут восстанавливать потерянные конечности — на это, во всяком случае, намекают медицинские эксперименты. Ученым уже известно...

Читать далее

Израильские учёные разработали универсальное лечение против рака

    Небольшая группа израильских учёных считает, что они нашли первое универсальное лечение против рака.  «Мы считаем, что через год мы предложим универсальное...

Читать далее

Клинические испытания первой омолаживающей терапии

    Самое первое человеческое испытание сенолитических лекарств, было объявлено ещё в июне, и большая часть мира практически не обратила внимания на него...

Читать далее

Старение внеклеточного матрикса

    Данная статья собрана из нескольких моих ранних заметок о влиянии внеклеточного матрикса на процесс старения. Текст статьи будет обновляться — я планирую...

Читать далее

Обзор достижений в борьбе со старением в 2018 году

   Каким был 2018 год в борьбе со старением? Год начался с хорошей новости. Под давлением общественности, ученых, организаций и сторонников борьбы со...

Читать далее

Таблетка от старости и кровь младенцев: достижения науки о старении в 2018 году

    2018-й принес обнадеживающие результаты в борьбе со старением и стал годом взрывного роста бизнеса на бессмертии. Начались испытания сенолитика — препарата, убивающего стареющие клетки, ключевого...

Читать далее

Китайский ученый заявил о рождении первых в мире генетически модифицированных детей

  Китайский ученый Цзянькуй Хэ заявил о рождении первых в мире детей из генетически отредактированных эмбрионов. По словам ученого, родились близняшки, у которых он попытался создать устойчивость к заражению...

Читать далее

Новая веха в медицине: Создан первый в мире сканер для всего тела

    Исследователи и ученые из Калифорнийского университета в Дейвисе со своими китайскими коллегами из компании United Imaging Healthcare (UIH) создали аппарат...

Читать далее

Первая искусственная роговица, напечатанная на 3D-принтере, уже готова для трансплантации

    Роговица — это крайне важная, но очень хрупкая часть нашего органа зрения. Она очень легко подвержена травмам и различным заболеваниям...

Читать далее

Ученые создают лазерный кожный регенератор из «Стартрека»

     Технологии из научно-фантастической вселенной «Стартрек» продолжают проникать в нашу реальную жизнь. Мы уже читали о медицинском трикодере, слышали о разработках...

Читать далее

Ученые создали универсальные имплантаты, которые не будут отторгаться организмом

  Любые материалы (в том числе и биологические), которые не созданы нашим организмом, в любом случае являются чужеродными и будут отторгаться...

Читать далее

«Получи я миллиард долларов сегодня, мы победили бы старение на 10 лет раньше. Это 400 миллионов жизней»

      Обри де Грей: большое интервью   В Москву на конференцию «Future in the City», которая пройдет 18 и 19 июля в башне «Империя» в Москва-Сити...

Читать далее

Генетик из Гарварда создал стартап по омоложению собак

В дальнейшем ученый намерен распространить исследования на людей.     Генетик, молекулярный инженер и химик Джордж Черч из Гарварда основал стартап Rejuvenate Bio...

Читать далее

Как наука приближает бессмертие к реальности?

    Поиски Понсе де Леоном фонтана вечной молодости могут быть легендой, но основная идея — поиск лекарства от старости — вполне реальна. Люди...

Читать далее

Секрет вечной жизни точно скрывается в наших клетках

    Однажды могущественный шумерский король по имени Гильгамеш отправился на происки, как это часто делают персонажи мифов и легенд. Гильгамеш стал...

Читать далее

Геронтологи готовы к прорыву

Остановись, старенье!   Ведущие ученые из 17 стран приехали в Россию, чтобы решить проблему старения. Именно теперь, по их мнению, накоплен критический...

Читать далее

Моя улучшенная версия: как жить вечно

      Джордж Чёрч [George Church] возвышается над большинством людей. У него длинная серая борода волшебника Средиземья, а работа всей его жизни...

Читать далее

Клеточная терапия без клеток: омоложение внеклеточными везикулами

  Восстановление сердечной мышцы после месяца терапии внеклеточными везикулами. Иммунные метки: агглютинин (красный), тропонин (зеленый) и DAPI (голубой)   Исследователи Колумбийского университета, работающие...

Читать далее

Биологи впервые собрали мышиный «эмбрион» прямо из стволовых клеток

  Бластоциста состоит из внешнего слоя клеток, из которого развивается плацента, и внутреннего – будущего детёныша. Здесь и ниже иллюстрации Nicolas...

Читать далее

Способ борьбы со старением: обращение вспять процесса снижения концентрации НАД+

    Старение сопровождается развитием метаболических нарушений и дряхлением. Недавние исследования продемонстрировали, что снижение уровня никотинамидадениндинуклеотида (НАД+) – ключевой фактор замедления обменных процессов, связанного...

Читать далее

Лекарства от старения, и Где они обитают

Время напрямую людей не убивает, старение – это биологический процесс. Есть группа заболеваний, которые называют возраст-ассоциированными, или старческими. Основным фактором риска...

Читать далее

Создан микроскоп, позволяющий наблюдать за движением клеток внутри организма

Ученые из Медицинского института Говарда Хьюза усовершенствовали метод флюоресцентной микроскопии таким образом, что теперь с ее помощью можно снимать в...

Читать далее

Ученые имплантировали маленький человеческий мозг мыши

Имплантация органов и тканей – вещь в науке далеко не новая. Не первый день существуют и так называемые кортикальные наборы...

Читать далее

В человеческих клетках впервые обнаружена новая форма ДНК

Ученые из австралийского Института медицинских исследований Гарвана сообщили об открытии в клетках человеческого организма необычных структур ДНК – i-мотивов (intercalated-motif...

Читать далее

Нанонож лишнего не отрежет: хирурги тестируют точечную терапию рака

Самое распространенное среди мужчин онкологическое заболевание, рак простаты, которым страдает примерно четверть пациентов урологических стационаров, до недавнего времени лечили хирургически — удаляли...

Читать далее

В США впервые в мире провели комплексную пересадку пениса и мошонки

Врачам из больницы Джона Хопкинса (штат Мэриленд) удалось провести успешную комплексную трансплантацию пениса и мошонки. Операция длилась 14 часов, в...

Читать далее

Антиоксидант MitoQ омолаживает сосуды

Результаты, полученные исследователями университета Колорадо в Боулдере, работающими под руководством профессора Дага Силса (Doug Seals), еще раз подтвердили, что применение...

Читать далее

Эпидемия молодости: как прожить 120 лет и стать счастливым

    Около 5% нынешних молодых и богатых проживут 120 лет и дольше, считают биохакеры. Читайте, что для этого нужно делать. Осенью 2017...

Читать далее

Имплантация пигментного слоя сетчатки помогла сохранить зрение

    Борьба с заболеваниями, которые в той или иной степени угрожают жизни человека – одно из самых приоритетных направлений современной медицины...

Читать далее

В США протестировали мозговой имплантат для улучшения памяти

    Американские исследователи провели проверку имплантата-электростимулятора, призванного усилить память. В среднем способность к запоминанию слов удалось улучшить на 15%. Если технология пройдет...

Читать далее

Ученым впервые удалось воссоздать легочную ткань

    Лечение стволовыми клетками находит все большее применение в медицинской практике. Так, например, группа китайских ученых из Университета Тунцзи не так...

Читать далее

Ученые МИЭТа планируют начать серийное производство аппарата вспомогательного кровообращения для детей уже в этом году

    В 2012 году благодаря ученым нашего университета была осуществлена первая в России успешная операция по имплантации «искусственного сердца» человеку. К...

Читать далее

Первый шаг к тканеинженерным надпочечникам

    Исследователи лондонского университета королевы Марии, работающие под руководством доктора Леонардо Гуасти (Leonardo Guasti), использовали репрограммированные клетки для создания первого прототипа...

Читать далее
Image

Оцифровка пользователя, Моделирование, 3D-визуализация.

Создание подробной цифровой копии на основе данных из медкарты.

Анализ данных. Исправление показателей организма.

Image

Взаимодействие цифровых профилей с целью улучшения показателей.

Обмен знаниями, проведение общих исследований.

Загрузка личного аватара в 3D мир. Игрификация, соревнования.

Image

В разработке

  • Официальная страница о медицинских чат-ботах на сайте Сверхчеловечество.рф
  • Подробности разработки чат-бота для проекта "Карта управления возрастом" (для партнеров и разработчиков) здесь:
Image

Обзор мировых разработок по хранению данных в разработке

Хранилище данных для Электронной Медицинской Карты Управления Возрастом в разработке

Материалы по теме:

Image

Основное взаимодействие планируется производить посредством Социальной сети:

Также существует множество специализированных телемедицинских сервисов:

Image

Данный раздел находится в разработке и будет доступен после запуска Электронной медицинской Карты Управления Возрастом:

Image

Основной материал сайта по теме искусственного интеллекта в медицине здесь:

На основе данной статьи будет определяться разработчик искусственного интеллекта для данной системы управления возрастом.

Image

ВАШ ЛИЧНЫЙ ВКЛАД В БОРЬБУ СО СТАРЕНИЕМ

Скооперируйтесь с тысячами других участников и создайте любой проект в области антистарения, проведите научные исспедования

Площадка для создания и финансирования проектов. Официальная страница сайта Сверхчеловечество.рф для сбора средств на ускорение прогресса в области омоложения:

Image
Image

Основная страница сайта Сверхчеловечество.рф о создании и участии в клинических испытаниях терапий антистарения и отката возраста организма здесь: