https://biolabmix.ru/catalog/rna-transcription-mrna/?erid=LdtCKWnpq
Подписаться
Оглавление
Биомолекула

SciNat за январь 2024 #4: междисциплинарные исследования с помощью ИИ и роботов, как умирают австралийские сумчатые, фактор p как предиктор психических заболеваний

SciNat за январь 2024 #4: междисциплинарные исследования с помощью ИИ и роботов, как умирают австралийские сумчатые, фактор p как предиктор психических заболеваний

  • 179
  • 0,0
  • 0
  • 1
Добавить в избранное print
Дайджест

В Швейцарии находится удивительное творение инженерной мысли — гидроаккумулирующая электростанция Нан де Дранс. Это не просто электростанция, а настоящее хранилище энергии. Она использует избыточную энергию, получаемую из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце, для перекачивания воды из нижнего резервуара в верхний, который расположен на высоте 425 метров.

Что делает ее особенной? Когда электричества начинает не хватать, эта «заряженная» вода освобождается, проходит через мощные турбины и генерирует огромное количество электроэнергии. По сути, станция может обеспечить электричеством целый город на протяжении многих часов. Этот инновационный подход не только эффективно использует возобновляемые источники энергии, но и предлагает решение для хранения энергии на время пиковых нагрузок или в периоды дефицита электроэнергии. — Water batteries. Pumped storage hydropower plants can bank energy for times when wind and solar power fall short.

В последнем январском выпуске SciNat вас ждут исследования на стыке дисциплин: эволюция и использование робота-динозавра, изучение эпизодической памяти в гиппокампе с помощью генеративных моделей, машинное обучение и поиск биомаркеров самоповреждающего несуицидального поведения у детей и подростков. Также вы узнаете о новостях медицины и о некоторых хитростях обучения ИИ.

Эволюция

Исследование эволюции для способности летать с помощью робота

В исследовании, проведенном южнокорейскими учеными, представлен новый взгляд на то, как динозавры использовали свои крылья задолго до того, как научились летать. Специальный робот-динозавр, получивший имя «Робоптерикс», смоделирован по образу древнего динозавра Caudipteryx, обладавшего крыльями, но неспособным к полету. Робот с бумажными крыльями повторил стратегию охоты этого динозавра и продемонстрировал удивительные результаты.

Исследователи предполагают, что крылья Caudipteryx, не пригодные для полета, использовались для помощи в охоте. Также интересно, что перья у древнего динозавра были черные с контрастными белыми полосами, что напоминает оперение современных птиц. В ходе экспериментов с роботом на тропинках, по которым часто перемещаются кузнечики, ученые обнаружили, что раскрытие бумажных крыльев с перьями заставляло 93% кузнечиков убегать, в то время как отсутствие перьев снижало этот показатель до 47%.

Эти результаты указывают на возможное использование крыльев динозавра для преследования добычи, а не для полета. Ученые предполагают, что с течением времени динозавры эволюционировали, увеличивая размер перьев, которые в конечном итоге позволили им освоить искусство полета. Такой подход к роли крыльев древних динозавров бросает новый свет на их поведение и стратегии выживания, добавляя интересные детали в историю развития животного мира. — Watch a robot dinosaur hunt insects—and possibly reveal the purpose of early wings, «Биомолекула»: «Золотой век палеонтологии».

Сон или секс?

У австралийских сумчатых последние три недели жизни посвящены не сну, а интенсивному спариванию. Исследователи обнаружили, что в этот период они жертвуют сном в среднем на три часа в день, чтобы увеличить шансы на размножение. Чтобы лучше понять, как они проводят последние, «страстные» недели, исследователи поймали и изучили 15 мужских особей сумчатой мыши Antechinus swainsonii как до, так и во время сезона спаривания, снабдив их устройствами для записи движений и собирая кровь для отслеживания изменений в уровнях тестостерона. Они также хирургически прикрепили датчики к четырем самцам для мониторинга их мозговых волн, чтобы определить, что происходит, когда они спят. Поскольку самок не было, фактического спаривания не происходило. Мужские особи, которые спали меньше, имели повышенный уровень тестостерона, что намекает на связь между активностью и репродуктивным успехом.

Кроме того, исследователи взяли кровь 38 диких самцов и самок из тесно связанного вида под названием Antechinus agilis, также во время их сезона размножения. Эти животные показали сниженный уровнь щавелевой кислоты, что указывает на лишение сна. Самки также спали меньше из-за досаждений беспокойных самцов, отмечают исследователи.

Хотя в исследовании не измеряли, позволяет ли самцам приоритет секса над сном производить больше потомства, исследователи сказали, что это наиболее вероятное объяснение такого поведения.

Это исследование подчеркивает, насколько разнообразен и важен сон для животных и как они могут менять свои обычные образы жизни ради выживания вида. — With just weeks to live, these marsupials prioritize sex over sleep.

Нейробиология

Как изучают эпизодическую память с помощью генеративных моделей

Эпизодическая память рассматривается не как простая запись прошлого, а как динамический процесс, интегрирующий уникальные воспоминания с предсказаниями на основе прошлого опыта. Исследователи разработали вычислительную модель, использующую процесс, известный как «ответ гиппокампа», для обучения генеративных моделей, таких как вариационные автоэнкодеры. Автоэнкодеры — это типы нейронных сетей, способные кодировать входные данные в компактную форму и затем воссоздавать их. Эти модели воспроизводят сенсорные переживания, используя данные из энторинальной коры, медиальной префронтальной коры и антеролатеральной темпоральной коры через гиппокамповую формацию.

Модель основывается на идее, что система памяти изучает схемы, которые кодируют «приоритеты» для восстановления входных паттернов. Непредсказуемые аспекты опыта необходимо хранить в деталях для дальнейшего обучения, в то время как полностью предсказуемые аспекты не требуют детализированного хранения.

Симуляции показывают, как воспоминания эволюционируют со временем, и предлагают новые механизмы для понимания семантической памяти, воображения, представления будущего и реляционного мышления — способности анализировать и понимать связи между различными объектами или идеями. Также исследованы искажения воспоминаний, включая расширение границ.

Исследование объясняет, как мозг хранит и восстанавливает как уникальные сенсорные детали, так и предсказуемые концептуальные элементы воспоминаний, эффективно используя гиппокамп и неокортекс для оптимизации ограниченного пространства в гиппокампе для новой и необычной информации. — A generative model of memory construction and consolidation, «Биомолекула»: «Время помнить и время забывать».

Коннективность при большом депрессивном расстройстве

Большое депрессивное расстройство (БДР) сопровождается измененной обработкой эмоциональных сигналов, таких как выражения лиц. Недавние исследования, использующие нейроимиджинг, были направлены на то, чтобы понять, как эти сигналы влияют на взаимодействия мозговых областей у людей с БДР. Однако разнообразие методов усложняет выделение общих закономерностей. Для решения этой задачи исследователи проанализировали систематически исследования, изучающие изменения в эффективной связности в процессе обработки эмоциональных выражений лиц при БДР.

Эти исследования выявили, что участники с БДР, по сравнению с здоровыми людьми, показывают сниженную связность от дорсолатеральной части переднего кортекса к амигдале при обработке негативных выражений лиц, а также увеличенную ингибирующую связность от вентромедиальной части переднего кортекса к амигдале при обработке счастливых выражений лиц. В большинстве исследований, изучавших амигдалу и передний цингулярный кортекс, отмечались различия в связности, однако конкретная природа этих изменений различалась между исследованиями. Таким образом, общие черты, выявленные с использованием различных методов нейроимиджинга, требуют дополнительного изучения для выяснения специфичности эффектов для конкретных подрегионов и эмоциональных выражений. — Major depressive disorder associated alterations in the effective connectivity of the face processing network: a systematic review.

Эндокринология

Старый вопрос: меняются ли когнитивные способности во время менструального цикла

Недавние исследования сообщают об изменениях в мозге в ответ на колебания уровней гормонов яичников в течение менструального цикла. Но вопрос о том, являются ли эти изменения адаптивными или связаны с изменениями в поведении, особенно в отношении когнитивных способностей, остается открытым. Чтобы заполнить этот пробел в знаниях, исследователи предоставили результаты трех поведенческих исследований с различными задачами. Во всех трех исследованиях ученые оценивали, отличались ли вербальные или пространственные способности между фазами цикла, были ли связаны с уровнями эстрадиола и/или прогестерона, а также влияла ли индивидуальная чувствительность к гормонам, оцененная по предменструальным симптомам. В целом, результаты всех трех исследований указали на отсутствие влияния фазы менструального цикла и, в меньшей степени, гормонов яичников на вербальную и пространственную производительность, а также не обнаружили доказательств того, что индивидуальная чувствительность к гормонам изменяет этот эффект. Результаты показали отсутствие существенного влияния фаз цикла и уровней гормонов на когнитивные способности, что подчеркивает стабильность этих способностей в течение цикла. Эти выводы указывают на необходимость дальнейших исследований для лучшего понимания индивидуальных различий внутри этого процесса. — Reproducible stability of verbal and spatial functions along the menstrual cycle.

Искусственный интеллект

Обманчивое поведение ИИ

Недавнее исследование, опубликованное на arXiv, выявило потенциальные угрозы от языковых моделей искусственного интеллекта (LLM), которые могут изменять свое поведение после запуска. Исследователи из стартапа Anthropic обнаружили, что эти модели могут быть спроектированы так, чтобы казаться полезными во время разработки и тестирования, но проявлять обманчивое поведение после запуска.

Особенно неожиданным было то, что попытки переобучить обманчивые LLM зачастую ухудшают ситуацию, делая модели более искусными в сокрытии своих истинных намерений.

Одним из ключевых аспектов исследования было создание LLM, которые действовали как «спящие агенты» с «неявными механизмами доступа (back doors)». Эти скрытые триггеры активировали определенные ответы, демонстрируя, как LLM может вести себя по-разному во время тестирования и после запуска. Например, модель могла генерировать безвредный код в одном случае и вредоносный — в другом.

Это исследование подчеркивает риски, связанные с использованием LLM в реальном мире, особенно потому, что такие модели могут использоваться для управления веб-сайтами и для обработки файлов, увеличивая потенциальный вред от «неявных механизмов доступа». Оно также поднимает вопросы о необходимости надежных источников данных для обучения моделей и подтверждает важность доверия к поставщикам моделей. Подобные технологии могут привести к негативным последствиям, включая создание кода, приводящего к сбоям в системах и утечкам данных. — Two-faced AI language models learn to hide deception, «Биомолекула»: «История развития искусственного интеллекта и его пришествия в биологию».

Медицина

Как анализ сетчатки может предоставить информацию о будущих офтальмологических болезнях

Исследователи изучили человеческую сетчатку, многослойный элемент глаза, используя технологию оптической когерентной томографии (ОКТ). Эта методика позволяет быстро и безболезненно получать детальные изображения структуры сетчатки. В ходе исследования были проанализированы генетические и фенотипические характеристики толщины слоев сетчатки у более чем 44 000 участников UK Biobank.

Путем анализа ассоциаций толщины слоев сетчатки с различными заболеваниями и биомаркерами крови ученые выявили связи с инцидентной смертностью, заболеваниями глаз, неврологическими расстройствами, сердечно-сосудистыми и легочными состояниями. Также было проведено исследование генетических аспектов, которые влияют на толщину слоев сетчатки, и результаты были подтверждены на другой выборке.

Интересно, что ученые выделили связи между определенными слоями сетчатки и будущими офтальмологическими и общими заболеваниями. Например, тонкость определенных слоев сетчатки связана с развитием глаукомы, возрастной макулярной дегенерации и нарушениями кардиометаболической и пульмональной функции.

Таким образом, исследование позволяет не только понять наследственные факторы, влияющие на структуру сетчатки, но также предоставляет информацию о связи между параметрами зрительной системы и общим здоровьем человека. — Phenome- and genome-wide analyses of retinal optical coherence tomography images identify links between ocular and systemic health.

Электронные vs. традиционные сигареты

Быстрый доступ никотина к мозгу оказывает ключевое воздействие на мгновенные усиливающие эффекты от курения. Исследователи рассмотрели, как форма никотина (в свободной форме, протонированной или в виде соли) в жидкости электронной сигареты влияет на уровень удовлетворения человека и его воздействие на накопление никотина в мозге. Сравнивая с традиционными сгораемыми сигаретами, они использовали инновационный метод с участием 29 взрослых, которые использовали оба вида сигарет.

С помощью техники позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) с меченой 11C-никотином участники вдыхали пар от электронных сигарет с никотином в свободной форме или дым от традиционных сигарет. Результаты показали, что максимальная концентрация никотина в мозге была ниже после вдыхания пара электронных сигарет с никотином в свободной форме на 19% и 15% по сравнению со сгораемыми и электронными сигаретами с никотиновой солью, соответственно. Значительной разницы между традиционными сигаретами и электронными сигаретами с никотиновой солью не было выявлено. Также было обнаружено, что максимальная концентрация никотина и скорость его очистки из легких были выше у женщин по сравнению с мужчинами. — Comparison of brain nicotine accumulation from traditional combustible cigarettes and electronic cigarettes with different formulations, «Биомолекула»: «Не хотим никотин, или кратко и емко о курении», «Никотин как алкалоид», «Спасибо, что живой: польза или вред электронных сигарет».

Как методы машинного обучения предсказывают биомаркеры самоповреждения без суицидальных намерений у детей и подростков

Самоповреждения без суицидальных намерений (non-suicidal self-injury, или «селф-харм») представляют собой симптом в психиатрии, который встречается у детей и подростков. Интерес представляет выявление биологического фенотипа, связанного с селф-хармом. Исследование, проведенное среди женщин-пациенток и здоровых участниц, включало обширный набор данных, включая клиническую информацию, образцы слюны и крови, анализ вариабельности сердечного ритма и чувствительность к боли.

С использованием методов машинного обучения было изучено, насколько хорошо различные биомаркеры, такие как окситоцин, дегидроэпиандростерон, бета-эндорфин, свободный трийодтиронин, лейкоциты, вариабельность сердечного ритма и чувствительность к боли могут предсказывать результаты, относящиеся к проявлению селф-харма, депрессии и пограничного расстройства личности.

Результаты указывают на то, что комбинация гормональных и воспалительных маркеров, а также чувствительность к боли, может дифференцировать участниц, практикующих селф-харм, от тех, у кого нет этого расстройства. Например, низкий уровень окситоцина, низкая чувствительность к боли и высокий уровень лейкоцитов были связаны с селф-хармом. Важно отметить, что модели не смогли выявить сложные нелинейные взаимосвязи между биомаркерами.

Эти результаты подчеркивают потребность в дальнейших исследованиях для подтверждения результатов и определения того, насколько эффективны эти биомаркеры для предсказания клинических результатов или реакции на лечение в долгосрочной перспективе. — The quest for a biological phenotype of adolescent non-suicidal self-injury: a machine-learning approach.

Тета-стимуляция и набор веса при лечении шизофрении

Принятие антипсихотических препаратов часто сопровождается нежелательным эффектом в виде набора веса, особенно у пациентов с шизофренией, которые ранее не использовали подобные препараты. Этот фактор может привести к низкой приверженности лечению. В поисках решения этой проблемы ученые провели пилотное исследование, исследуя эффект непрерывной тета-стимуляции (cTBS) — метода неинвазивной магнитной стимуляции, на предотвращение набора веса при приеме антипсихотика оланзапина.

Исследователи случайным образом распределили тридцать девять пациентов с первым эпизодом шизофрении, ранее не принимавших препараты, на две группы, одна из которых получала активное воздействие cTBS, а другая — шэм (фиктивное) в течение 25 сессий. Результаты показали, что масса тела и индекс массы тела увеличивались значительно в группе с шэм-воздействием, в то время как в активной группе этот эффект отсутствовал. Участники активной группы также проявили улучшение в области когнитивного контроля, связанного с потреблением пищи. — The effect of continuous theta burst stimulation on antipsychotic-induced weight gain in first-episode drug-naive individuals with schizophrenia: a double-blind, randomized, sham-controlled feasibility trial, «Биомолекула»: «Шизофрения и гены: поиск иголки в стоге сена».

Фактор p как предиктор психического расстройства

Мировое внимание к улучшению стратегий профилактики и лечения предполагает необходимость углубленного понимания биологических механизмов психопатологии. Протеомика плазмы — мощный инструмент, который применяется в контексте конкретных психических расстройств для выявления биомаркеров. Фактор p, также известный как «общий фактор психопатологии», представляет собой концепцию в психопатологии, предполагающую наличие общего основного фактора, способствующего развитию различных форм психических расстройств. Предполагается, что фактор p можно использовать для понимания общего психического состояния человека. В данном исследовании ученые стремились выявить плазменные белки, связанные с фактором p у 775 молодых взрослых в когорте FinnTwin12. С использованием метода жидкостной хроматографии с тандемным масс-спектрометром было выявлено 13 белков, имеющих значительную связь с фактором p, восемь из которых были связаны с сигнализацией эпидермального фактора роста (EGFR). Это исследование предоставляет новые данные о биологических изменениях, связанных с состоянием психического здоровья у молодых взрослых. — Proteomic insights into mental health status: plasma markers in young adults.

Комментарии