Мышиные нейроны в действии

А по ссылке статья о методе, двухфотонной лазерной микроскопии для наблюдения нейронных цепей in vivo, с помощью установленного на голове у свободно двигающейся мыши микроскопа:

https://go.nature.com/3ASIQLZ

#brain #tech #neuron

AI в поисках антибиотика

Устойчивость бактерий к антибиотикам резко возрастает во всем мире, исследователи прогнозируют, что если срочно не разработать новые лекарства, то к 2050 году устойчивые инфекции могут убивать десять миллионов человек в год. Однако за последние несколько десятилетий процесс открытия и утверждения новых антибиотиков замедлился. Причин этому может быть несколько, одна из которых - несовершенство бизнес-модели.

Исследователи из Массачусетского Института Технологий (MIT) обучили нейронную сеть находить молекулы, подавляющие рост бактерии Escherichia coli, используя коллекцию из 2 335 молекул, для которых была известна антибактериальная активность. Сюда входит библиотека из примерно 300 одобренных антибиотиков, а также 800 натуральных продуктов из растительных, животных и микробных источников.

Алгоритм учится предсказывать молекулярную функцию без каких-либо предположений о том, как работают лекарства, и без обозначения химических групп.

После того, как нейронная сеть была обучена, исследователи использовали ее для проверки библиотеки под названием Drug Repurposing Hub, которая содержит около 6 000 молекул, исследуемых для лечения заболеваний человека. Задачей было предсказать, какие из них будут эффективны против кишечной палочки (E. coli), и показать им только те молекулы, которые отличаются от обычных антибиотиков.

Из полученных результатов отобрали около 100 кандидатов для физического тестирования. Один из них - молекула, изучаемая в качестве средства для лечения диабета, - оказалась мощным антибиотиком, который они назвали галицином в честь HAL, интеллектуального компьютера из фильма "2001 год: Космическая Одиссея". В испытаниях на мышах эта молекула была активна против широкого спектра патогенов, включая штамм Clostridioides difficile и один из видов Acinetobacter baumannii, который является "панрезистентным" и против которого срочно требуются новые антибиотики.

В отличие от большинства антибиотиков, галицин воздействует на на ферменты участвующие в биосинтезе клеточной стенки, а нарушает поток протонов через клеточную мембрану.

Антибиотикорезистентные бактерии, это апокалиптичненько.

https://bit.ly/3rUuKGK

#disease #tech

Нейронные сети вычисляют меланому

Меланома - это тип злокачественной опухоли, ответственный за более чем 70 процентов всех смертей от рака кожи во всем мире. В течение многих лет врачи полагались на визуальный осмотр для выявления подозрительных пигментных образований (Suspicious Pigmented Lesions (SPLs), которые могут быть признаком рака кожи. Такое выявление СПЛ на ранней стадии в условиях первичной медицинской помощи может улучшить прогноз меланомы и значительно снизить стоимость лечения.

Исследователи из Массачусетского технологического института и других стран разработали новый пайплайн искусственного интеллекта, используя глубокие сверточные нейронные сети (Deep Convolutional Neural Networks (DCNN) и применив их для анализа SPL с помощью широкоугольной фотографии, распространенной в большинстве смартфонов и персональных камер.

Как это работает: На широкоугольном изображении, полученном с помощью камеры смартфона, показаны большие участки кожи пациента, находящегося на первичном приеме. Автоматизированная система обнаруживает, извлекает и анализирует все пигментные поражения кожи, видимые на широкоугольном изображении. Предварительно обученная глубокая нейронная сеть (DCNN) определяет степень подозрительности отдельных пигментных поражений и маркирует их (желтый цвет = рассмотреть возможность дальнейшего осмотра, красный цвет = требует дальнейшего осмотра или направления к дерматологу). Полученные характеристики используются для дальнейшей оценки пигментных поражений и отображения результатов в формате тепловой карты.

https://bit.ly/3vZTUEP

#disease #tech

Трансплантация печени: три дня без тела

Как пересадить печень? Когда вы пересаживаете цветы из горшка в горшок, то нужно соблюсти целый ряд предосторожностей, как доставать/выкапывать растение, как не повредить корни, как не оторвать/не сломать ничего, как посадить в новый горшок. Так это мы говорим о целом и автономном организме. А если вам нужно пересадить из одного организма в другой отдельный орган? Вам нужно поддерживать в нём жизненные процессы максимально близко к естественным условиям, чтобы снизить ущерб "отрыва от тела". Кроме содержания в определенных условиях, при определенной температуре, нужно поддерживать циркуляцию "крови" (специального раствора) чтобы препятствовать ишемическому/гипоксическому повреждению тканей. Нужно достать орган у донора, поместить на холод и перфузировать (промывать) специальным раствором, специальным образом, пока не будет возможной непосредственно трансплантация реципиенту. Как долго может вынутый из тела (ex situ) орган прожить, чтобы сохранить свои свойства и жизнь реципиенту после трансплантации?

Только вот недавно опубликовали результаты первой в мире трансплантации отбракованной травмированной печени, которая сохранялась ex situ 3 дня. Печень была отвергнута всеми центрами пересадки из-за наличия опухоли неизвестного качества (доброкачественной или злокачественной) и микробного заражения, вызванного хроническими абсцессами в брюшной полости донора. За три дня патологи выявили доброкачественность опухоли и справились с инфекцией. На 4й день (в мае 2021, год назад) печень была трансплантирована 62-летнему пациенту, страдающему от рака печени и цирроза. Шансов дождаться нового органа у него не было, в Швейцарии (откуда он) очередь на трансплантацию пациентов с раком печени составляет год. У него этого года не было.

Первые дни после трансплантации продемонстрировали отличные результаты: реперфузионное повреждение было минимальным с очень низким уровнем печеночных ферментов (АСТ, АЛТ), стабильной гемодинамикой, отсутствием отторжения и некроза. Полная функция печени восстановилась в течение 4 дней после трансплантации. Интересно, что после трансплантации печень демонстрировала выраженную пролиферацию и заметно увеличилась в объеме после 6-й недели. Сейчас, через год после трансплантации, пациент излечился от рака и наслаждается нормальной жизнью.

Революционность здесь в том, что донорские трансплантаты печени могут быть сохранены в искусственной среде в течение нескольких дней, что открывает новые горизонты и возможности лечения. В данном случае трансплантологи воспользовались увеличенным временем консервации для лечения инфекции, оценки опухоли и подтверждения жизнеспособности трансплантата. Семь раз проверь - один раз пересади.

Transplantation of a human liver following 3 days of ex situ normothermic preservation

#medicine #tech

Facebook Discover Engine: боль подешевевших акций и битва за внимание

За что бьются компании в разных нишах бизнеса? За долю рынка (market share), процент об общего объема продаж. А за направление вашего взгляда, за ваш интерес и выбор бьются гиганты диджитал индустрии. Внимание - это новая нефть.

Facebook построен на основе социального графа (social graph), он предлагает вам новости о тех людях, с которыми вы связаны. Чего не могли учесть и предвидеть инженеры Facebook, так это того, что частные интересы могут влечь нас больше социальных новостей. При наличии достаточного количества контактов news feed превращается в непрекращающийся душ Шарко из малоинтересных обновлений частных жизней, который уже не вызывает прежних ощущений.

Диагноз и приговор Facebook’у поставил еще Пелевин в книге “Бэтман Аполло”:

Человек всегда выходит в сеть с предвкушением, что он сейчас выловит из океана информации нечто ценное, интересное и нужное. И что происходит через три-четыре часа? Он встает из-за монитора с чувством, что через его душу пронеслось стадо свиней.

То ли дело TikTok, в котором алгоритм машинного обучения построен вокруг interest graph. Тетя Зина из Житомира больше не побеспокоит вас очередными анимированными пасхально-рождественско-деньангеловскими открытками. TikTok это коварный Мальстрём, который прислушивается к тому, что вам интересно.

Среднестатистический пользователь TikTok находится в приложении 89 минут в день. Они открывают его более 19 раз в день. Приложение является третьим по использованию социальным приложением в Америке, опережая Snapchat, LinkedIn, Twitter и Pinterest. Ежемесячно им пользуется более миллиарда человек. Можете развлечь себя и посчитать среднее количество человеко-лет, которое пропадает в этом потоке видосиков ежедневно.

Экономика внимания (attention economy) - это игра с нулевой суммой (zero-sum game). Вы не можете одновременно висеть и в Facebook и в TikTok. В битве между подслушанными сплетнями и подобранным под ваши предпочтения видеоконтентом последний уверенно лидирует.

С сентября прошлого года акции Meta, родительской компании Facebook, просели в половину на фоне конкуренции, новых ограничений снижающих эффективность рекламы и миллиардных инвестиций в свой VR-проект Метавселенной. Очень много очень умных людей сейчас напряженно думают, как исправить ситуацию и вернуть утраченные денежки. Но откуда они возьмутся, если вы не платите за Facebook? Правильно, ваше внимание.

Discover engine - это дитя проверенной стратегии Facebook по копированию уже имеющихся технологических решений. Если раньше несвязанный (unconnected) контент мог попасть в вашу ленту из-за лайка-репоста ваших контактов чьего-то за пределами вашего социального графа, то теперь вам помогут открыть для себя что-то новое. Юзер должен что? Discover, enjoy and share. Открывать новое, наслаждаться и делиться.

Ключевой параметр здесь - вовлечение (engagement). Трудно сказать, какой контент для вас лучше, но достаточно легко определить и даже измерить, какой больше вовлекает. Боль акционеров Facebook так велика, что кто-то должен за это заплатить. Инженеры и разработчики Meta решили пойти проверенным путём и переориентировать алгоритм в discover engine - двигатель открытий, который должен в конечном итоге перенаправить ваше внимание из TikTok обратно в Facebook.

Best practices ≠ best interests. Изощренность и эффективность технологии ничего не говорит о её полезности, и уж тем более о гуманности. Начинается новая битва за наше внимание, в которой незаметно для себя частично погинут многие.

#tech

Менструальная фитнес-астрология

Среди тысяч метод и приложений, которые должны наставить нас на путь истинный, раскрыть чакры, оптимизировать биоритмы, научить медитации, организовать наше время, питание, чтение, и так далее, до конца списка нашей повседневной активности, отдельной группой стоят приложения для мониторинга менструального цикла. Раньше это была просто удобная штука для частного пользования. Теперь же на гребне новой волны тирании нерожденных, консервативные популисты бросают свои силы на монополизацию репродуктивных мощностей нации криминализуя аборты, запугивая отщепенцев брачного рынка разгулом женского самоуправства и снижением мужской фертильности, форся традиционно-патриархальные скрепы. И давайте не будем забывать о том, что в безопасность ваших данных любезно предоставленных вами же разработчикам, может верить только безграмотный и блаженный.

Не смог пройти мимо новости о Питере Тиле, основателе PayPal и одном из первых жирных инвесторов Facebook. Также известен тем, что любит обмазываться MAGA, баловаться трансфузией плазмы молодых людей (у технологических гигантов есть трудноскрываемая жажда бессмертия) и озвучивал мысль о том, что-де женщины, которые голосуют - это плохо для демократии.

Нынче Питер Тиль вкладывается в очередной сомнительный проект. Это femtech-стартап 28, приложуха, которой достаточно сообщить начало предыдущего цикла, и она не хуже заправского астролога-фитнес-коуча распишет вам как и когда тренироваться, чтобы оставаться истинно женственной. Что вы, что вы, никто ваши данные никому и никогда не продаст, как можно! И приложение freemium, и данные ваши - всего лишь дата. Ну может быть будет монетизация премиум-контентом и какими-то продуктами, но так-то берите и пользуйтесь на здоровье. *сарказм*

Фитнес программа ориентирована на четыре отдельные фазы цикла, связанные с гормональными колебаниями женской репродуктивной системы, а именно: собственно месячные, когда уровень гормонов (и, предположительно, энергии) низкий, поскольку организм сбрасывает выстилку матки, которую он создавал в течение цикла, чтобы подготовиться к возможности появления оплодотворенной яйцеклетки; фолликулярная фаза, когда цикл начинается снова, а гормоны, такие как эстроген и тестостерон, повышаются, чтобы стимулировать выход новой яйцеклетки; овуляция, когда яйцеклетка высвобождается, открывается окно для оплодотворения, а половое влечение (и энергия, продающее слово последних лет) высоки; и лютеиновая фаза, перед началом следующей менструации, когда доминирует прогестерон и женщины могут испытывать сопутствующие симптомы, такие как ПМС.

Стартап классифицирует эти фазы на низкоэнергетическую, ориентированную на уход за собой фазу "восстановления"; восполняющую, ориентированную на рост мышц фазу "пробуждения"; позитивную, высокоэнергетическую фазу "перформанса"; и фазу "баланса" - чтобы получить представление о том, как он настраивает тренировки и оздоровительный контент в соответствии с циклом пользователя.

Естественно, что приложение не стоит особняком и не возникло из ниоткуда, а является сайд-проектом тиктокерши-инфлюэнсерши Бриттани Хьюгобум, которая на своей платформе Evie Magazine (ELLE для консерваторов) отрицает ковидло, учит истинной женственности и разгоняет софткор трансфобию. Феминизм, если вы не знали, придумали проклятые марксисты (и тут они!) чтобы выгнать женщин на работу - это разрушило нуклеарную семью и удвоило профит, так-то! *сарказм*

Аборты криминализуют, контрацептивы под угрозой, закон божий и консервативные нормы тут как тут, а случаи слива женских данных из мобильных приложений, клиник и центров планирования беременности, уже реальность, а не сюжет “Черного зеркала”. Под устрашающие крики традиционалистов и консерваторов (нация вымирает! цветные нас замещают! бабы не хотят рожать! геи-геи-геи!) на нас движется ползучая экспроприация вашей матки, которая начинается с патернализма, демократичных и бесплатных приложух, которые обещают вам тело стройной модели, истинную женственность и гармонию, а заканчивается, увы, известно чем.

#sex #tech

Виртуальный пинг-понг нейронов

Макаку играющую в майндпонг через нейралинк видели многие. А представьте себе, если это будут просто нейроны? Согласно нашумевшей теории свободной энергии (Free Energy Principle theory) живые системы “подруливают” в хаотичном потоке событий окружающего мира ориентируясь на один сложный параметр - свободную энергию. Максимально упрощенно, это разница между ожиданием и реальностью. Как метко сказал Анил Сет “мы предсказываем себя в бытие” (we predict ourselves into existence).

Нервные системы не только отслеживают окружающий мир, они еще создают модели мира и модель самого организма. С учетом того, что запоздалая реакция может стоить жизни, то приходится работать на опережение и не просто реагировать, но ПРОГНОЗИРОВАТЬ. Наш мозг непрерывно строит внутреннюю модель мира, на ее основании делает прогнозы о том, что должно произойти, сравнивает прогнозы с поступившей из мира информацией, корректирует картину мира, корректирует прогнозы, цикл замыкается.

Исследователи взяли кортикальные нейроны мышиных эмбрионов и параллельно человеческие индуцированные плюрипотентные клетки, из которых вырастили нейроны. Потом каждой группой колонизировали мультиэлектродные матрицы высокой плотности (high-density multielectrode arrays), дали им прижиться, освоиться и самоорганизоваться в биологическую нейросеть (biological neural network).

Техническая жемчужина эксперимента - система, получившая название DishBrain. Она может использовать свойство нейронов общаться "языком" электрической активности для связи кремниевых и биологических систем посредством электрофизиологической стимуляции и записи. Электроды кремниевого чипа, на котором обустроились нейронные культуры, могут регистрировать электрическую активность в культуре нейронов и обеспечивать "сенсорную" (неинвазивную) электрическую стимуляцию, сравнимую с генерацией потенциалов действия самих нейронов. То есть она записывает условную “болтовню” нейронов, а в ответ на том же “языке” создает им входящий сигнал от окружающей среды.

DishBrain не просто принимает сигналы от нейронов и создает им внешний фон, но с помощью софта симулирует виртуальную реальность пинг-понга. На чипе есть “сенсорная” площадка, на которую транслируется закодированная в электрических стимулах виртуальная реальность с положением “плашек” и мячика, и есть “моторная” с которой считывается активность нейронов и преобразуется в положение плашки в виртуальной реальности.

Как это работает? Смотрим на схему с буквами в кружочках.

Внешние состояния (external states, η) - это положение плашки и шарика в виртуальной реальности. Они превращаются в сенсорные состояния нейронов (sensory states, s) - воспринимаемый ими закодированный сигнал. Общаясь между собой сенсорные и моторные нейроны культуры создают условную репрезентацию окружающего мира (internal states, µ), а активные состояния (active states, a) - это их “ответ”, моторные события, которые считываются чипом, обрабатываются софтом, изменяют положение плашки, кодируются и снова транслируются нейронам замыкая цепь обратной связи.

Мышиные и человеческие нейроны вдобавок разделили еще на несколько групп, одну из которых обучали давая фидбэк, а другие просто вели себя как заблагорассудится. И нейроны, которые обучались получая обратную связь, чаще попадали по мячику. Интересно тут то, каким образом происходило их обучение. Если плашка оказывалась в нужном месте отбивая шарик - нейроны получали предсказуемый (predictable) фидбэк (ага, угадали, модель верна), если мимо - непредсказуемый (модель не соответствует реальности). Цепь обратной связи была устроена таким образом, чтобы предсказуемость сигнала была тем выше, чем ближе плашка к отбиванию мячика. А нейроны работая сообща сенсорной и моторной группой минимизировали эту “меру неопределенности” как могли.

P.S. Больше про свободную энергию и прогностическую обработку (predictive coding) можно прочитать в моём лонгриде.

In vitro neurons learn and exhibit sentience when embodied in a simulated game-world

#neuron #cell #tech

Цифровой фенотип

Бобровая плотина, пчелиный улей, термитник, паутина. Это докинзовский “расширенный фенотип” организмов. Мы не только звено в пищевой цепи, но еще и в своем роде “архитекторы среды”. Биологический успех, или дарвиновская приспособленность (fitness) социальных насекомых были бы совсем другими для организмов изолированных от гнезда. Каким был бы муравей без муравейника? Создание специализированной среды и передача генетической информации образуют петлю обратной связи (feedback loop): без этих структур (термитники, муравейники, ульи) – на животных бы действовали совсем другие селективные факторы, и эволюция вида имела бы совсем другой маршрут.

Наш современный цифровой ландшафт – такая же специализированная среда. Собранная, структурированная, взаимосвязанная и доступная digital-информация влияет на наше мышление и мотивацию, способствует распространению одних убеждений (beliefs), поведений (behaviors) и норм (norms), и препятствует или замедляет распространение других. А эти убеждения, поведения и нормы, в свою очередь, определяют, каким способом мы добиваемся наших целей. Как и у социальных животных, наш цифровой фенотип является продуктом координации целого множества, а не самостоятельной деятельности отдельных особей.

Читать дальше

#tech