Если создать модель гиппокампа на компьютерном чипе, подать на входные электроды сигналы от других отделов мозга, связанных с гиппокампом, и получить на выходе сигналы, которые генерирует «живой» гиппокамп, то мы получим искусственный аналог этого отдела мозга. Протез, который перекодирует информацию из кратковременной памяти в долговременную. Одна небольшая операция, и нарушения памяти, выбрасывающие человека из нормальной жизни, останутся позади. А дальше — кто знает, как далеко может зайти протезирование?
За первыми успехами снова были годы работы с математическими моделями и с подопытными животными. И вот, наконец, недавно появляются победоносные заголовки новостей: «Ученые поселили в мозгу крыс электронную память», «Ученым удалось сделать апгрейд мозга». Группа исследователей из UCLA и университета Уэйк Форест сделала чип, функционально замещающий участок гиппокампа у крысы, и экспериментально проверила, хорошо ли он работает.
Крысу нельзя спросить: «Помнишь ли ты?». Для проверки памяти у животных использовали распространенный тест DNMS (delayed nonmatch-to-sample memory task). Крысу помещали в квадратную камеру, в одной из ее стенок имелась поилка, а справа и слева от нее — рычаги, которые экспериментатор мог предъявлять животному или прятать. Сначала крысе показывали один рычаг, справа или слева от поилки, и в ответ на нажатие крыса получала каплю воды. (Естественно, эксперимент организовали так, чтобы у подопытного было желание сотрудничать: крыса не умирала от жажды, но пить хотела.) Потом ничего не происходило до тех пор, пока крыса не касалась носом ячейки с фотоэлементом в противоположной стенке камеры. Тогда крысе предъявляли уже два рычага, и она должна была нажать рычаг не с той стороны, что в первый раз, а с другой: если сначала рычаг был справа, то во второй раз надо было нажимать слева, и наоборот. Выполнив задание правильно, крыса снова получала воду, если же она ошибалась, то воды не получала и в камере на пять секунд выключали свет. (Фаза задержки с поиском фотоэлемента нужна именно для того, чтобы проверить, записалось ли в память положение первого рычага — чем дольше задержка, тем больше вероятность, что крыса забудет, слева он был или справа.)
Понятно, что и при гадании вслепую меньше половины правильных ответов быть не может, но если их число при многократном повторении эксперимента с десятками животных существенно превышает 50 % — стало быть, крысы помнят, где был рычаг в первый раз. А если «назначить» группе подопытных тот или иной препарат, или подвергнуть их стрессу, или сделать с ними что-нибудь еще, что подскажет ученым фантазия, — по увеличению или уменьшению числа правильных ответов можно судить о том, как эти факторы влияют на память.
Когда в голове крысы закреплялась последовательность «один рычаг — фотоэлемент — другой рычаг», ей (наконец-то!) имплантировали электроды. В гиппокампе есть участки, обозначенные буквами СА (лат. cornu ammonis, «аммо-нов рог» — другое название гиппокампа). Важную роль в формировании долговременной памяти играет прохождение сигнала от САЗ к СА1. Крысе вживляли с каждой стороны головы (в правый и левый гиппокамп) по два ряда электродов, на расстоянии 200 мкм один от другого, а между рядами — 400 мкм, на глубину 3–4 мм от поверхности коры. Такое расположение как раз соответствовало нужным группам нейронов. В каждом ряду было восемь электродов. Помимо них, некоторым крысам вживляли канюлю — тоненькую трубочку, через которую можно вводить химические вещества прямо в нервную ткань зоны САЗ. После операции животные приходили в себя неделю, а затем начинались опыты.
Крыс подсоединяли к записывающей аппаратуре (конечно, таким образом, чтобы провода не стесняли движений). С каждого электрода писали информацию об электрической активности прилегающих нейронов.
Ключевым периодом для запоминания, что неудивительно, оказались несколько секунд между предъявлением крысе одного рычага и моментом нажатия. С некоторой натяжкой можно сказать, что мы увидели запись крысиных «мыслей»: «Ага, теперь правый» и «Ага, теперь левый». (Интересно, что паттерны активности в правом и левом полушарии были неодинаковыми.)
Эти результаты позволили довольно успешно предсказывать, выполнит крыса задачу или провалится, по наблюдениям за активностью ее мозга во время предъявления первого рычага. «Сильный» сигнал соответствовал отличному запоминанию — даже когда крыс заставляли промедлить лишние 10–20 секунд, они делали мало ошибок. Крысы, выдавшие «слабый» сигнал, как двоечники на экзамене, скатывались к позорным 50 %, чуть только их заставляли подождать подольше, но, если два рычага им предъявляли через считанные секунды, все-таки показывали удовлетворительный результат — короткая память у них была. Подобная методика может найти применение в диагностике нарушений памяти.
Однако впереди самое интересное: коррекция памяти. На электроды в области СА1 крысам транслировали «сильный» сигнал, и результаты существенно улучшались даже у тех, собственные сигналы которых были «слабыми». Протез выполнял свою функцию. В качестве дополнительного контроля подавали «бессмысленные» сигналы (мало ли, может быть, электроды просто стимулируют собственную активность клеток!), и они не дали эффекта.
Чтобы окончательно убедиться, опыты повторили на крысах, утративших способность запоминать. Через канюлю, расположенную рядом с электродами, в течение 14 дней вводили МК801 (дизоцилпин) — вещество, блокирующее перенос нейромедиатора глутамата. В итоге бедное животное, совсем как Генри Молашен, не могло запомнить событие, случившееся только что (хотя навык «один рычаг — фотоэлемент — другой рычаг» не утрачивало). Но когда беспамятной крысе передавали «сильный» сигнал, она вновь успешно справлялась с заданием. «Поверните рубильник, и крысы вспомнят. Выключите его, и крысы забудут», — с гордостью говорит доктор Бергер.
Что ж, повод для гордости есть. Сегодня никого не удивляет слуховой протез за ухом у бабушки или дедушки. Если дальнейшие исследования Бергера с соавторами будут успешными, возможно, для наших внуков такими же привычными будут пожилые люди (или молодые, по тем или иным причинам нуждающиеся в идеальной памяти) с двумя коробочками на висках. Кстати, а вы хорошо запомнили то, что сейчас прочитали?
Малоизученное растение, которое вообще не считалось плотоядным, на поверку оказалось наделенным уникальным механизмом питания. Чтобы раскрыть этот секрет, ученым потребовалось целое десятилетие.
Род Philcoxia, живущий в тропической саванне Бразилии, ученые впервые описали в 2000 году. Трем найденным видам дали названия бразильских штатов — Р. bahiensis, P. goiasensis и P. minensis. Ботаники отметили, что редкие растения предпочитают регионы с обилием солнца и песчаными почвами, в которых мало питательных веществ.
Новички сразу же приметились округлыми листьями с железами, которые производят липкое вещество. Особенности явно намекали на плотоядность растений, но никаких доказательств охоты первооткрыватели не обнаружили.
И вот, похоже, большую часть вопросов снимает статья, опубликованная в PNAS. В ней ученые не только приводят доказательства плотоядности Philcoxia, но и объясняют, почему эта особенность оставалась незадокументированной. Оказалось, P. minensis использует поразительный механизм — его липкие листья скрыты под песком и служат ловушкой для круглых червей нематод.
Это доказали лабораторные тесты, когда исследователи скормили Р. minensis нематод и удостоверились, что черви перевариваются с помощью ферментов и при этом выделяется характерный изотоп азота. Окончательным свидетельством стали повторные опыты с тем же, но «проголодавшимся» растением.
Комментируя открытие, эксперты сходятся во мнении, что нынешняя оценка, будто бы плотоядны лишь 0,2 % цветковых растений, может быть существенно заниженной, и вероятнее всего, нас окружает гораздо больше растений-убийц, чем мы думаем.
Сотрудники Королевского ветеринарного колледжа (Великобритания) задались довольно странным и, как может показаться, праздным вопросом: как ходит носорог? Но стоит только присмотреться к виду носорожьей ноги, как тут же понимаешь, что могло привлечь внимание ученых мужей. От колена до бедра носорожья нога выглядит тонкой и хрупкой: внизу она переходит в довольно широкую стопу с подогнутыми пальцами. При этом вес носорога порой превышает 3,5 т. Как ноги животного во время ходьбы справляются с такой тяжестью?
Исследователи работали с тремя белыми носорогами, живущими в одном из британских зоопарков. Животных заставляли ходить по специальному покрытию, нашпигованному датчиками давления. Полученные данные позволили узнать кое-что новое о способе передвижения носорогов, но одновременно озадачили исследователей другими загадками. Оказалось, что пальцы на ногах носорога испытывают давление в 5,25 кг/cmI, а сама стопа — всего 1,05 кг/cmI. Если сравнить это с давлением, которое действует во время ходьбы на человеческую стопу, то окажется, что это величины одного порядка. Причем, исследователи подчеркивают, что это максимальные значения, взятые в отдельных точках стопы. Ученые не измеряли время, в течение которого каждая отдельная точка испытывает такое давление; также не проводился подробный анализ распределения веса по всей поверхности стопы. Тем не менее, очевидно, что свой колоссальный вес носороги умеют распределять более чем эффективно.
Авторы работы попробовали сравнить походку носорогов с походкой слонов, еще одних сухопутных гигантов, которым тоже приходится решать проблему веса тела. Оказалось, что носороги большую часть веса направляют на внутреннюю часть стопы, слоны — на внешнюю. Правда, как это происходит с точки зрения анатомии и физики, зоологи пока сказать не берутся.
Группа астрономов из Питтсбургского университета дала точное определение цвету Млечного Пути. Как выяснилось, название нашей Галактике дали весьма меткое. «Очень чистый белый, похож на цвет свежего весеннего снега ранним утром, вскоре после рассвета», — формулируют профессор Джефри Ньюман и аспирант Тимоти Ликиа.
Поскольку Солнечная система находится внутри Галактики, определить ее цвет не так-то легко — облака пыли и газа скрывают из поля зрения все, кроме ближайших к нам областей. Как отметил г-н Ньюман, это все равно что пытаться узнать, как какая погода на улице, сидя в доме без окон.
Ученые решили воспользоваться изображениями других галактик, полученными проектом Sloan Digital Sky Survey (SDSS), которому удалось «расцветить» уже примерно четверть неба и учесть около миллиона галактик. Столь большая выборка позволила лучше понять развитие Млечного Пути и найти параллели с прочими объектами.
Специалисты выделили около тысячи галактик, похожих на Млечный Путь количеством звезд и скоростью, с которой они создают новые светила. Оба параметра связаны с яркостью и цветом объектов. Вот так и удалось выяснить, что Млечный Путь должен быть сильно похож на самые белые галактики. Следует отметить, что во многих культурах название, дававшееся звездной полосе, хорошо видимой в ночном небе, связано с молоком — вероятно, наряду со снегом оно воспринимается человеческим зрением как самая белая вещь на свете.
Астрономы делят большинство галактик на две большие категории — красные (новые звезды там формируются очень редко) и голубые (в которых звездообразование идет полным ходом; кстати, самые яркие звезды — именно голубые, правда, они живут недолго по космическим меркам). Новое исследование помещает Млечный Путь близко к границе между этими группами.
Цвет Млечного Пути очень похож на цвет эталонного источника света D48.4, то есть лампу с цветовой температурой 4700–5000 К. Это примерно на полпути между светом старых ламп накаливания и стандартного белого цвета на экране телевизора.
Хотя Млечный Путь по-прежнему производит звезды, его ресурсы заканчиваются. «Через несколько миллиардов лет наша галактика поскучнеет: звезды среднего возраста будут медленно стареть и умирать, а на их место никто уже не придет», — описывает г-н Джефри Ньюман.
Наш родной Млечный Путь содержит не менее 100 млрд. планет. К такому выводу пришла международная группа астрономов по итогам статистического исследования планет, которые лежат за пределами Солнечной системы.
Ученые считают, что в нашей Галактике каждая звезда имеет в среднем одну планету. Это значит, что в радиусе 50 световых лет от Земли насчитывается самое меньшее полторы тысячи экзопланет. Если же принять более смелую оценку — 1,6 планеты на звезду, получится, что в Галактике их 160 млрд.
В основе исследования — шестилетние наблюдения, выполненные коллаборацией PLANET.
Исследователи также делают вывод о том, что планет размером с Землю намного больше, чем миров, подобных Юпитеру. Специалисты «насчитали» в Галактике более 10 млрд. планет земной группы (они есть у двух третей звезд), тогда как планетой юпитерианской массы обладает лишь каждая шестая звезда, а «Нептуном» — каждая вторая.
На сегодня подтверждено существование более 700 экзопланет. Своей очереди ждут примерно 2300 кандидатов. Подавляющее большинство открыто с помощью транзитной фотометрии и измерения радиальной скорости. Космический телескоп «Кеплер», к примеру, пользуется транзитным методом: он следит за крошечным снижением яркости звезды, возникающим при прохождении планеты между светилом и наблюдателем. Метод радиальных скоростей ищет незначительные колебания в движении звезды, вызванные гравитацией планет.
Эти технологии доказали свою продуктивность, но у них есть существенный недостаток: они позволяют находить только те планеты, орбиты которых расположены сравнительно близко к звезде. Гравитационное микро-линзирование обходит это препятствие, замечая объекты, находящиеся примерно на орбите Сатурна (как, впрочем, и те, что расположены в районе орбиты Меркурия).
Стоит добавить, что отдельное исследование, проведенное под руководством Такахиро Суми из Университета Осаки тем же методом микролинзирования, показало, что в Галактике сотни миллиардов планет. В основном они лежат за пределами орбиты Сатурна или находятся в свободном плавании.
Все началось в 1887 году, когда Генрих Герц доказал существование электромагнитных волн, предсказанных Джеймсом Максвеллом в 1865-м. Разделив конденсатор на два электрода, Герц получил ионизированный воздух в зазоре между ними. Возникла искра. Каким-то чудом другая искра метнулась между электродами в нескольких метрах от первых: электромагнитная волна от первой искры индуцировала ток между второй парой электродов. Это означало, что длинными и короткими всплесками энергии («волнами Герца») можно представить точку и тире азбуки Морзе. Так родился беспроводной телеграф, и Маркони Гульельмо со своей компанией находился в авангарде новой индустрии. Он хвастался в печати, что его устройства позволяют отправлять сообщения на большие расстояния так, что никто, кроме адресата, не в состоянии их получить.
Но за несколько минут до того, как Флеминг должен был принять сообщение из Корнуолла, тишину нарушило тиканье проекционного фонаря театра, с помощью которого лектор показывал слайды.
Помощник демонстратора Артур Блок быстро понял, что проектор не просто мигает, а передает сообщения азбукой Морзе. Сомнений не было: кто-то поставлял в театр импульсы, которые оказались достаточно сильными, чтобы их смогла принять лампа проектора.
Повторялось слово «вздор». Затем поползли стишки, что-то вроде: «Один человек, итальянец, всех обманул, зас-…».
Поток брани прервался за несколько мгновений до поступления сигнала из Корнуолла. Демонстрация прошла нормально, но осадок остался. Все поняли, что беспроводная передача вовсе не так безопасна, как утверждал Маркони. Оказывается, сообщения можно подслушивать!
Маркони был уязвлен и разразился сердитым письмом в «Таймс». Ответ не пришлось долго ждать. Четыре дня спустя в «Таймс» появился ответ «хакера». Тот не скрывал своего ликования, объясняя выходку необходимостью продемонстрировать публике уязвимость системы. Автором послания был 39-летний Невил Маскелин, профессиональный фокусник.
Он появился на свет в семье изобретателей. Его отец придумал специальный замок для платных туалетов, который открывался, если в него бросить пенни. Ну а сын увлекся беспроводными технологиями. Он в совершенстве знал азбуку Морзе и применял ее в трюках по угадыванию мыслей: помощник скрытно от публики отправлял ему сообщения. Кроме того, он придумал, как с помощью передатчика искры поджечь порох, не прикасаясь к нему. В 1900 году Маскелин отправил несколько беспроводных сообщений между наземной станцией и воздушным шаром, находящимся на 16-километровой высоте. Увы, его амбициям пришлось смириться перед ворохом патентов, которые зарегистрировал ушлый итальянец. Вскоре, однако, представился случай отомстить.
От новой технологии больше остальных должен был пострадать проводной телеграф. В то время телеграфные компании владели огромными наземными и морскими кабельными сетями. Одним из пострадавших должна была оказаться Восточная телеграфная компания, управлявшая узлом коммуникаций
Британской империи в приморской деревушке Порткерно на западе Великобритании. Они то и попросила Маскелина немного пошпионить.
Фокусник воздвиг 50-метровую радиомачту на утесах к западу от Порткерно, дабы проверить, можно ли подслушать, какими сообщениями обмениваются берег и суда с помощью «сверх-конфиденциальной» системы Маркони. 7 ноября 1902 года в журнале Electrician Маскелин восторженно сообщил о том, что все прекрасно слышно. Проблема была не в том, чтобы уловить сигналы, а в том, чтобы разобраться в их огромном потоке.
Маркони запатентовал технологию настройки беспроводного передатчика на определенную частоту. Как ни смешно это выглядит сегодня, но тогда казалось, что тем самым можно оградить свои депеши от посторонних. Вероятно, именно г-н Маскелин первым показал, как обстоит дело в действительности.
Установив, что перехват возможен, Маскелин захотел привлечь больше внимания к недочетам технологии и показать публично, что в передачу можно вмешаться. Однажды он с комфортом разместился в близлежащем отцовском мюзик-холле с простым передатчиком и телеграфным ключом. Единственное, чему он тем самым причинил вред, — это самомнение Маркони и Флеминга.
Флеминг на протяжении нескольких недель распинался в печати, пытаясь представить поступок Маскелина преступлением против науки. Последний же парировал тем, что оппонент упускает из виду очевидные факты…
Сегодня ситуация немного другая. Хакеры действительно помогают обнаружить недостатки ПО, но в то же время наносят немалый ущерб.
Известно, что у левшей мозг работает не так, как у правшей. А что если человеку вынужденно приходится временно стать левшой из-за травмы? Ученых заинтересовало, происходят ли в его мозгу какие-то изменения. Специалисты из клиники Университета Цюриха исследовали 10 праворуких добровольцев, у которых правая рука была сломана и находилась в лангете. Поэтому ее движения были сильно или совсем ограничены. Пациентам приходилось учиться выполнять все повседневные действия — есть, чистить зубы, писать — левой рукой.