Эпизодическая память каракатиц не ухудшилось в процессе старения
Биологи выяснили, что эпизодическая память каракатиц не потерпит ухудшения в процессе старения, как это свойственно многим позвоночным, в частности людям.
Лица… Знакомые… Час пик… Люди, машины, трамваи, автобусы… Эпизоды, называемыеэ памятью, которая касается прошлых событий, то есть ответы на вопросы что, где и когда произошло. У людей она развивается примерно на четвертом году жизни, но в отличие от семантической памяти, касается скорее не связанных со временем фактов, с возрастом она склонна ухудшаться. Это происходит из-за нарушения функционирования ключевой структуры для обучения и памяти — гиппокампа. Долгое время считалось, что эпизодическая память уникальна для человека, поскольку связана с возможностью сознания мысленно возвращаться во времени, оценка которой у многих видов невозможно. Однако последующие опыты на животных показали, что те способны также воспроизводить в воспоминаниях прошлые события, независимо от того, действительно ли они происходили во времени. Причем эпизодическую память проявляли даже у животных, структура мозга которых отличается от человеческой. Например, в обычных каракатиц (Sepia officinalis), у которых нет гиппокампа, зато есть похожая на него вертикальная часть мозга. Поэтому исследователи Кембриджского университета, Морской биологической лаборатории в Массачусетсе и Университета Ренн заинтересовались, свойственное этим головоногим существам возрастное ухудшение эпизодической памяти.
Для исследования ученые собрали в биологической лаборатории 24 каракатиц, которых разделили на две группы. Первая состояла из молодых животных в возрасте 10−12 месяцев, а во вторую вошли престарелые каракатицы, чей возраст достигал 22−24 месяцев. Для сравнения, каракатицы живут в среднем около двух лет.
Сначала ученые взялись изучать семантическую память головоногих. Для этого их в течение нескольких недель обучали связывать конкретный визуальный знак с съедобным вознаграждением. При этом завтрак, обед и ужин животные получали в различных локациях аквариума. Со временем все испытуемые стали подплывать к тому месту, где их должны кормить, даже когда экспериментаторы еще не показали им еду. Но из этого опыта невозможно понять, каракатицы связали питания со временем суток или же запомнили порядок чередования мест кормления. Поэтому для оценки эпизодической памяти ученые модифицировали опыт. Каракатицам предлагали на выбор два вида пищи — мясо креветки или живую креветку — одновременно, но в разных местах аквариума у соответствующего знака. В следующий раз еду предлагали в одном определенном месте, но в разное время: через час после первого кормления появлялось мясо креветки, а через 3:00 — мясо и живая креветка, которая головоногим больше нравится. Через месяц тренировок животным предлагали выбор: съесть мясо сейчас или подождать 3:00 и иметь возможность выбрать креветку.
Животные из обеих групп быстро поняли, что после первого кормления стоит подождать, чтобы получить лучшее вознаграждение. Авторы отмечают, что это было сложной задачей и для ее решения каракатицы должны были запомнить и связать, что они ели, когда ели и в каком месте аквариума. Но что интересно, старые каракатицы не только не отставали в тестировании от молодых, а также справились быстрее их.
Результаты показывают, что каракатицам не свойственно возрастное ухудшение эпизодической памяти, как это наблюдается у млекопитающих, в том числе человека. У них нет гиппокампа, а аналогичная по функциям вертикальная часть не претерпит дегенеративных изменений в процессе старения. Ученые предполагают, что это приспособление помогает им в воспроизведении. Во время сезона размножения каракатицы спариваются с как можно большим количеством партнеров, а хорошая эпизодическая память способствовать тому, чтобы повторно не спариться с какой особью.
-
Американские инженеры разработали замену жестким протезам для пациентов с ампутированными конечностями и восстановили им ощущение прикосновения мягкой надувной рукой с датчиками регистрации электрической активности мышц и контроллером надувания.
Нейропротезная конечность позволила участнику исследования застегнуть молнию на сумке, налить сок и погладить кота, а сам выдержал удар молотком и наезд автомобиля. О своей разработке ученые сообщили в Nature Biomedical Engineering. Во всем мире насчитывается более пяти миллионов людей, потерявших верхнюю конечность. Это влечет за собой невозможность выполнять привычные бытовые дела, а наиболее используемые протезы представляют собой или косметическую замену, или не очень функциональные крюкоподоные манипуляторы. Идеальный протез должен воспроизводить двустороннюю связь между нервной системой пользователя и окружающей средой благодаря работе центральных и периферийных нейронных сетей, отвечающих за управление моторикой конечностей и в частности тактильное восприятие.
Перспективным решением является целевое восстановления связи мышц с центральной нервной системой (targeted muscle reinnervation, TMR), заключающийся в перенаправлении нервных окончаний людей с ампутированными конечностями, оставшиеся на мышцы груди. Для людей с ампутацией руки или кисти TMR может обеспечивать определенную сенсорную обратную связь, но с ограничениями, накладываемыми датчиками. В частности используемые ЭМГ-датчики, регистрирующие мышечную активность, работающих в той же области (грудная клетка), которую механически стимулируют для работы протеза, и так усложняют воспроизведения тактильной связи. То есть в целом протез может сокращать мышцы, и одновременно чувствовать прикосновение к коже, лежащий над теми же мышцами.
Желательно, чтобы нейропротез был механически податливым, но например, рука состоящая из электродвигателей и механизмов, приводимых в движение сухожилиями даже с эластичными суставами и мягкой кожей, достигает веса в 520 граммов. Поэтому в своей работе исследователи из MIT решили обратиться к области мягкой робототехники, которая завоевала популярность среди инженеров своими облегченными конструкциями, гибкостью и высокой адаптивностью и сочетаемость с легкими эластомерными компонентами, которые используются и для обеспечения тактильного прикосновения. Она помогает работам различать поверхности на ощупь. На этот раз она пригодилась для создания легкой нейропротезной конечности весом 292 грамма и стоимостью компонентов менее 500 долларов, что способна воспроизвести движение руки и даже тактильную обратную связь пациентам с ампутацией предплечья.
Рука состоит из пяти мягких пальцев и ладони, которые обеспечивают шесть активных степеней свободы, а также содержат четыре электронографические датчики, которые измеряют сигналы от остаточных мышц, чтобы контролировать руку и обеспечивать четыре типа захвата. Пять емкостных датчиков с гидрогеля и эластомера на кончиках пальцев измеряют давление соприкосновения, чтобы вызвать электрическую стимуляцию на коже предплечья. Увеличение давления на предмет при прикосновении уменьшает толщину эластомерного слоя и так увеличивает емкость конденсатора, фиксирующие датчики и передают программируемые электрические импульсы через не инвазивный стимулирующий электрод на определенную область конечности. Каждый палец имеет трубчатую структуру с несколькими жесткими элементами, имитирующими анатомию мягкого сустава и костей. Соединение пальцев и ладони обеспечиваются армированным волокном. Податливость материала обеспечивает захват и хрупких и г. «либо предметов, имитируя пассивную податливость рук. По мере увеличения пневматического давления на пальцы, углы изгиба гибких суставов увеличиваются. И именно благодаря пневматическому механизму и модульной конструкции, все элементы руки как-то насосы, клапаны, электронные платы и аккумулятор, можно поместить в небольшую сумку, которую пациенты смогут носить на поясе. При необходимости их можно интегрировать в саму руку, что увеличит вес протеза до 604 граммов.
-
Новые исследования подтверждают, что кора карликовой планеты Церера богата водяным льдом.
Данный факт удалось установить, благодаря работе космического корабля NASA Dawn и технологиям с высоким пространственным разрешением, собранным детектором гамма-излучения и нейтронов (GRaND).
«Карликовая планета Церера, самое большое тело в главном поясе астероидов, богата водой», — сказал доктор Том Преттман, старший научный сотрудник института планетологии, и его коллеги.
«Мы предположили, что удары могут переносить водяной лед с внешней коры на поверхность, пополняя реголит льдом», — добавили они.
«Таким образом, распределение приповерхностного водяного льда в верхних нескольких дециметрах реголита, по данным GRaND, определяется как сильными ударами, так и длительной сублимацией, вызванной инсоляцией».
-
Палеонтологи идентифицировали три новых вида плацентарных млекопитающих, называемых кондилартами (архаические копытные), из окаменелостей, найденных в США.
Эти животные жили на территории нынешних Соединенных Штатов между 66 и 63 миллионами лет назад (эпоха палеоцена).
Они принадлежат к семейству Condylarth Periptychidae, которые отличаются от других кондилартов своими зубами, имеющими опухшие премоляры и необычные вертикальные эмалевые гребни.
Они могли быть всеядными, потому что у них развились зубы, которые позволили бы им измельчать растения, а также мясо, однако это не исключает, что они являются исключительно травоядными.
«Когда динозавры вымерли, доступ к различным продуктам питания и окружающей среде позволил млекопитающим быстро развиваться и разнообразить анатомию зубов и увеличивать размер тела», — сказала доктор Мадлен Аттеберри, исследователь из Музея естественной истории Университета Колорадо.
-
По мнению исследователей Японского агентства аэрокосмических исследований JAXA, погибшие микроорганизмы, которых сейчас ищут в реголите Марса, могли попасть на его спутник в результате столкновения планеты с астероидом.
В журнале Science они опубликовали научные работы будущей межпланетной станции Martian Moons eXploration, одна из которых заключается в отправке зонда на Фобос. Исследования Марса пришли к идее, что в прошлом планета вела активную жизнь. С 2011 года жизнь на Марсе, а в частности в отложениях возрастом в три миллиарда лет кратера Гейл ищет вездеход «Кьюриосити». Сейчас мы считаем Марс «малонаселённой» (paleo-habitable) планетой, что говорит о том, что может в прошлом где-то в подземных средах Марса могла существовать жизнь. Тем более, что на его поверхности в течение по крайней мере 700 000 000 лет были пригодными для жизни. Впрочем, пока астрономы только находят основания сомневаться в наличии озер в том же кратере Гейл, а также в наличии воды на Северном полюсе планеты, которая оказалась холодным отложениям глины.
Как вы знаете, Марс не одинок и у него есть два маленьких спутника — Деймос и Фобос. Их происхождение до сих пор остается спорным вопросом. Это может быть астероид, который прибыл к нам из-за пределов пояса астероидов, так спектральные характеристики спутников слишком похожие на астероиды D-типа. Однако, их орбитальные свойства ведут к мысли о формировании спутников на орбите планеты. Например, образованием из обломков, оставшихся от одного или нескольких крупных столкновений Марса с ударными телами. Марс действительно плохо избегал столкновений с астероидами в течение своей истории — мы даже на Земле находили его ударные остатки. Но сейчас важно даже не столько то, как планета обзавелась спутниками, а то, что вне зависимости от сценария формирования, выбросы с Марса, вызванные частыми ударами по нему, попадали на них. В сценарии гигантского удара сыпучие материалы будут представлять собой смесь марсианских материалов и материалов ударных, подвергшихся воздействию высоких температур. Они доставлены естественным притоком астероидов, и должны смешаться с поверхностным реголитом спутников, а значит мы можем их собрать. Так если марсианская биосфера существует или существовала, вместе с обломками Марса на спутники могли попасть биомаркеры (о них мы кстати рассказывали в материале «В поисках внеземной жизни»), которые сейчас ищут в кратерах Гейл и Иезерово. Тем более, что четырехлетние исследования выброшенных из атмосферы Марса ионов показали, что Фобос постоянно получает от него атмосферные атомы кислорода, углерода, азота и аргона. И неудивительно, Фобос находится ближе к Марсу, поэтому у него больше марсианских выбросов, чем у Деймоса, а численное моделирование показывает, что не менее тысячи частей на миллион его реголита может содержать марсианские выбросы.
Так по мнению ученых из Японского агентства аэрокосмических исследований JAXA, Рюки Хьодо (Ryuki Hyodo) и Томохиро Усуи (Tomohiro Usui), если бы марсианские формы жизни существовали и могли пережить транспортировку на Фобос, живыми им остаться бы не удалось. Во-первых, им нужно долететь (максимально возможное давление, которое они могли бы пережить составляет пять гигопаскалей), а во-вторых, окружающая среда Фобоса крайне негостеприимна: на нем нет ни воздуха, ни воды, а поверхность постоянно залита солнечным и галактическим космическим излучением. То есть почти наверняка можно сказать, что ничего живого там быть не может. Однако, такая безвоздушная среда является идеальной стерильной камерой для хранения, которую можно исследовать. Поэтому вероятных микроорганизмов, которые переселились на Фобос, ученые предлагают называть «SHIGAI» — стерилизованными и сильно облученными генами и древними отпечатками (Sterilized and Harshly Irradiated Genes, and Ancient Imprints). Аббревиатура с японской кстати означает «мертвые останки».
Martian Moons eXploration (MMX) — миссия, разработанная JAXA планирует забрать образец массой от десяти граммов с поверхности Фобоса и вернуться на Землю в 2029 году. Определять, содержит тот что-то марсианское (необязательно жизни) будут сравнивая реголит с образцами из кратера Иезерово, которые в 2031 планирует принести на Землю миссия NASA и ESA Mars Sample Return Mission (MSR).
Реголит Марса кстати интересен не только возможными остатками жизни: мы, например, научились добывать топливо и кислород, а также планируем использовать как строительный материал, смешав с хитином. О том, где именно на пути к освоению Марса сейчас находится человечество, читайте в нашем материале «Гонки за Марс».
-
Механизм мытья рук впервые описали как гидродинамическую модель, которая показала, что эффективность процесса зависит от двух факторов: времени и скорости, с которой вы потираете руки.
Неоднородный рельеф рук американский физик описал волнистой формой, благодаря чему удалось описать поведение жидкости гидродинамической теории смазки, а затем и выяснить, что частицам для удаления хватит 20 секунд. Своими рекомендациями по мытью рук с точки зрения физики ученые поделился в статье, опубликованной в Physics of Fluids. Сомневаться в том, что хорошая гигиена рук предотвращает заболевания, помогает контролировать их распространение и минимизировать риски заражения, даже если они передаются воздушно-капельным путем не имея физической модели под рукой. По рекомендациям ВОЗ и интуитивно мы понимаем, что для достижения хороших результатов необходимо усердие: они предлагают семь шагов для мытья рук, затрагивающих все их части, причем вымывать каждую часть нужно не менее пяти секунд. И интуитивно понятно, что быстрого всплеска воды под краном недостаточно, чтобы смыть грязь, которую мы нахватали в течение времени контактирования с окружающей средой. Впрочем, несмотря на более чем 170-летнюю историю мытья рук в области медицинской гигиены, американскому ученому Полу Хаммонду (Paul Hammond) не удалось найти ни одной опубликованной исследовательской статьи о физике потока воды при мытье рук. С научной точки зрения мы руководствуемся статьями о работе различных моющих средств, которые работают одинаково: обычно амфифильные молекулы вещества (например, мыла) встраиваются в мембраны, окружающие бактерию или вирус, разрушают их, и тем самым делают невозможным его дальнейшую жизнедеятельность. Затем вместе с мыльной водой мы смываем их. Учитывая этот процесс, у воды (или жидкости в целом) есть две ключевые роли: доставить химический агент к патогену на поверхности руки, а потом уже избавиться. Таким образом жидкостная механика конвекции-диффузии, что имеет место в потоке, очень важна. Ею и занялся исследователь.
В своей работе ученый предлагает простую жидкостную механическую модель для процесса удаления частиц во время мытья рук, которая могла бы стать отправной точкой для более сложного моделирования. Пока из-за недостатка предыдущей литературы по такой механики жидкостей, модель очень проста и не имеет данных о силах взаимодействия вирусов или бактерий с поверхностью или об отдельных особенностях моющих средств. В общем целью работы было показать, почему простого омовения рук водой будет недостаточно: моделируя мытья рук, он оценил масштабы времени, в течение которых частицы, такие как вирусы и бактерии, из них удалялись. Так модель описывает поток в заполненном жидкостью зазоре между поверхностями рук, которые трутся друг о друга, а также перенос химических веществ в этом зазоре и процессы, с помощью которых частицы перемещаются между руками и снова попадают в основной поток жидкости.
Для моделирования Хаммонд обратился к теории смазки (lubrication theory), которая геометрически описывает поток текучих сред (жидкостей или газов) в тонком слое между двумя стенками. Она рассказывает, например, о том, как летает шайба в аэрохоккеи, и имеет множество промышленных применений, например в конструкции гидравлических подшипников — помогает определить распределение давления в объеме жидкости и, следовательно, силы, действующей со стенками, в модели стали руки — их ученый описал как волнообразные объекты с неоднородным на компоненты подшипника. Отсюда, кстати, и название, ведь у подшипников жидкость это скорее смазка. Так рельефом. За ним, именно во впадинах ладоней концентрируется наибольшее количество вредных частиц, и именно движение ладоней относительно друг друга призвано удалить их оттуда благодаря потокам жидкости. Для того чтобы частицы могли вырваться, энергия потока воды должна быть достаточно высокой, чтобы они могли подняться и покинуть впадину. Соответственно, сила жидкости зависит от скорости движения руками. Если вы двигаете руками слабо, то есть медленно, сила, создаваемая жидкостью, не будут достаточной, чтобы преодолеть силу, которая удерживает частицу. Хаммонд сравнивает этот процесс с вытиранием пятна на рубашке: чем быстрее ваше движение, тем больше вероятность, что грязные частицы вылезут наружу из-за волокон ткани. И интересно, что результаты модели согласуются и с временными рекомендациями ВОЗ: чтобы уничтожить потенциальные вирусы и бактерии, нужно около 20 секунд энергичного движения руками. Значительного времени модель требует за скоростью, с которой наши руки со временем попадают на одну длину волны шероховатости, то есть буквально притираются и образуют области «сухого» контакта. По словам исследователя, несмотря на простоту, эта модель демонстрирует некоторые интересные особенности, например, наличие пороговой относительной скорости между руками, ниже которой частицы не удаляется из потенциальной ямы, связывающей их с руками.
-
Исследователи сделали первое прямое наблюдение того, как атомы водорода в молекулах воды тянут и толкают соседние молекулы воды, под воздействием лазерного света.
Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики, Стэнфордского университета и Стокгольмского университета в Швеции, сделали первое прямое наблюдение того, как атомы водорода в молекулах воды тянут и толкают соседние молекулы воды, когда они возбуждаются лазерным светом. Их результаты, опубликованные в журнале Nature, раскрывают эффекты, которые могут лежать в основе ключевых аспектов микроскопического происхождения странных свойств воды и могут привести к лучшему пониманию того, как вода помогает белкам функционировать в живых организмах.
«Хотя предполагалось, что этот так называемый ядерный квантовый эффект лежит в основе многих странных свойств воды, этот эксперимент является первым случаем, когда его наблюдали напрямую», — сказал сотрудник исследования Андерс Нильссон, профессор химической физики из Стокгольма. «Вопрос состоит в том, может ли этот квантовый эффект быть недостающим звеном в теоретических моделях, описывающих аномальные свойства воды».
До сих пор сделать это наблюдение было непросто, потому что движения водородных связей были крошечными и быстрыми. В этом эксперименте эта проблема была решена за счет использования MeV-UED SLAC, высокоскоростной «электронной камеры», которая обнаруживает малозаметные движения молекул путем рассеивания мощного пучка электронов.
В результате были получены снимки с высоким разрешением изменяющейся атомной структуры молекул, которые они объединили в покадровый фильм, показывающий, как сеть молекул воды реагирует на свет.
Снимки, которые были сфокусированы на группах из трех молекул воды, показали, что когда возбужденная молекула воды начинает вибрировать, ее атом водорода притягивает атомы кислорода к соседним молекулам воды, прежде чем отталкивать их со своей вновь обретенной силой, расширяя пространство между молекулами.
-
Новый мозговой имплантат восстанавливает чувство прикосновения, как, например, к кончикам пальцев.
Миллионы людей живут с параличом и периферической невропатией.
Учёным из института медицинских исследований имени Файнштейна удалось достигнуть осязание в пальцах с помощью минимально инвазивного электродного имплантата в мозг. Подробности опубликованы в журнале Brain Stimulation.
Суть процедуры такова: нейрохирург провел минимально инвазивную процедуру по имплантации стереоэлектроэнцефалографических электродов (SEEG) в мозг двух пациентов. После пациенты сообщили о чувстве покалывания и «ощущении электричества» в руках и кончиках пальцев.
Благодаря возможности развития медицинских технологий, многие люди во всем мире снова смогут обрести сенсорные ощущения в руках и ногах, а это в свою очередь улучшит качество их жизни.
-
Учёные в Китае рассматривают возможность сборки космического корабля на орбите. Этот проект является частью плана по освоению космоса. Он также включает в себя миссии с экипажем, которые будут работать в долгосрочной перспективе.
Согласно первоначальному отчету South China Morning Post, предложение Национального фонда естественных наук Китая призывает к анализу механики создания «сверхбольшого космического корабля, охватывающего несколько километров» .
В отчете отмечалось, что это конкретное усилие является частью крупного стратегического аэрокосмического проекта, который обеспечит «будущее использование космических ресурсов, исследование тайн Вселенной и пребывание на долгосрочной орбите». Согласно плану проекта, предоставленному фондом, работа проводится агентством, находящимся в ведении Министерства науки и технологий.