Біокомп'ютери та читання думок: 6 найбільших наукових проривів 2023 року

Найгучніші наукові сенсації 2023 року – про знаходження кімнатно-температурного надпровідника та мумій інопланетян – виявилися фальшивими. Реальні відкриття не створювали інформаційних вибухів, але щонайменше шість із них здатні змінити наше життя. Так, у 2023 році клітини людського мозку запрацювали на кремнієвій мікросхемі, з'явилися перші пристрої для читання думок, а штучний інтелект (ШІ) почав діагностувати хвороби через сітківку ока.

Mind пропонує дізнатися про шість найзначніших для людства наукових проривів, оголошених у 2023 році.

Лютий-2023: органоїдний інтелект

Органоїди – це колонії штучно вирощених клітин, що являють собою зменшені та спрощені версії органів. Вчені знайшли спосіб поєднати органоїд людського мозку, який складається з 10 млн нейронів (розміром з мозок акваріумної рибки), з електронікою і створити з нього біокомп'ютер. Ця ініціатива отримала назву «органоїдний інтелект» (ОІ).

Перший багатофункціональний біокомп'ютер під назвою Brainoware з'явився в грудні. Інженери та нейробіологи Університету Індіани (США) під’єднали органоїд мозку до кремнієвої пластини з тисячею мікроелектродів і за два дні навчили Brainoware розпізнавати мову. Біокомп’ютер зміг ідентифікувати голоси восьми осіб із точністю 78% і підтвердив, що концепцію ОІ можна реалізувати.

Сильна сторона біокомп'ютера – краща, ніж у ШІ здатність до самостійного навчання. Головний недолік – короткий термін служби. Зростання та життєдіяльність органоїда надзвичайно складно підтримувати за нинішнього розвитку технологій. Проте навіть із коротким терміном служби біокомп'ютери знайдуть застосування у медицині. Вчені сподіваються, що вони допоможуть вивчити нейродегенеративні розлади, такі як хвороба Альцгеймера.

Березень-2023: карта мозку комахи

Міжнародна команда Університету Джона Хопкінса та Кембриджського університету опублікувала найповнішу та найширшу карту мозку живої істоти – личинки плодової мушки дрозофіли. Схема показує 3106 нейронів 93 різних типів та 548 000 зв'язків між ними (синапсів).

Мозок личинки дрозофіли розміром з макове зернятко. Щоб створити карту, з нього зрізали та відсканували електронним мікроскопом тисячі шарів, а потім на отриманих знімках ідентифікували кожну клітинку. На це пішло 12 років, зусилля 250 людей та $40 млн.

Учені впевнені, що карта мозку комахи допоможе розгадати таємниці багато в чому схожого, але в мільйон разів складнішого людського мозку, що складається з 86 млрд нейронів. Маючи 3D-схему, вчені незабаром ідентифікують у ній нейронні структури, відповідальні за ухвалення рішень, навчання, навігацію. Потім, порівнюючи ділянки хворого мозку зі зразком, дослідники зрозуміють, де і що ушкоджується при психічних розладах та генетичних мутаціях.

Травень-2023: неінвазивне зчитування думок

Дослідники з Техаського університету в Остіні представили ШІ-систему розшифрування думок. Вона перекладає на текст те, що чує чи промовляє про себе людина під час процедури сканування мозку в апараті фМРТ (функціональної магнітно-резонансної томографії). Система поки що розшифровує думки не ідеально: плутає займенники та порядок слів у реченнях. Але вона вловлює та передає суть того, про що думає людина.

До кінця року ще кільком командам дослідників вдалося досягти подібних результатів без використання громіздких і дорогих апаратів фМРТ. Австралійський технологічний університет Сіднея продемонстрував шапочку для читання думок. Вбудовані в неї неінвазивні електроди вловлюють імпульси мозку, а ШІ-алгоритм, що отримав назву DeWave, генерує з них текст.

Хоча точність шапочки-декодера «залишає бажати кращого», вона швидко вдосконалюється і невдовзі зможе допомогти налагодити контакт зі світом пацієнтам з інсультом та паралічем. Таку шапочку також можна буде використовувати для керування біонічними протезами й роботами.

Червень-2023: штучний ембріон людини

Досліди щодо клонування людини суворо заборонені у більшості країн світу. Проте Великобританія дозволяє створювати штучно запліднені ембріони й зберігати в пробірці трохи більше за 14 днів, після чого ембріон слід імплантувати чи знищити.

Користуючись цією юридичною лазівкою, вчені з Кембриджського університету навчилися створювати двотижневий людський ембріон штучним шляхом перепрограмування однієї стовбурової клітини. Про це було оголошено на щорічних зборах Міжнародного товариства досліджень стовбурових клітин.

Двотижневі зародки розміром із десяту частину міліметра. У них немає серця, що б'ється, і зачатків мозку. Є лише клітини, які формують плаценту, жовчний міхур та сам ембріон. Дослідники називають штучні зародки «ембріоноподібними структурами» і сподіваються з їхньою допомогою вивчити ранні стадії людського розвитку. Подальші досліди над ними покажуть, як запобігти раннім викидням і ефективніше лікувати безпліддя. Зрештою дослідження, очевидно, прокладуть шлях до народження дітей без використання сперматозоїдів і яйцеклітин. Дитина зі стовбурової клітини буде точною генетичною копією свого батька чи матері.

Вересень-2023: ШІ-діагностика хвороб за сітківкою ока

Дослідники Університетського коледжу Лондона оголосили про створення революційної ШІ-моделі для ранньої діагностики та запобігання хворобам у нових пацієнтів. Нейромережа, що отримала назву RETFound, обробила 1,6 млн фотографій сітківок ока і навчилася визначати по них безліч недуг.

RETFound уже може з разючою точністю дати пацієнтові прогноз на рік про виникнення у нього очних захворювань, у тому числі глаукоми та діабетичної ретинопатії. Також нейромережа вчиться робити по знімку сітківки ока прогнози на три роки про виникнення серцевої недостатності, інфаркту, інсульту і хвороби Паркінсона.

Грудень-2023: ДНК-нанороботи

Дослідники з Університету Нью-Йорка і китайського Університету Нінбо продемонстрували програмованих самовідтворюваних нанороботів, що складаються всього з чотирьох ниток ДНК. У відповідь на контрольовану ззовні температуру і ультрафіолетове світло ці роботи захоплюють інші фрагменти ДНК і створюють свої точні копії.

Розмір ДНК-роботів – близько 100 нанометрів. Це в тисячу разів менше за товщину людської волосини. Вчені хочуть використовувати цих малюків для виробництва ліків усередині клітин людського організму. Також вони сподіваються «надресувати» ДНК-роботів на пошук та знищення ракових клітин у кровоносних судинах людини.