Hrvatica s Cambridgea izradila prvu mapu neurona u mozgu vinske mušice

Istraživači Sveučilišta Cambridge predvođeni profesoricom Martom Zlatić iz Zavoda za zoologiju i Laboratorija za molekularnu biologiju Vijeća za medicinska istraživanja (MRC LMB) izradili su prvu mapu koja prikazuje svaki pojedini neuron i njihovu povezanost u mozgu ličinke vinske mušice Drosophila melanogaster.

Mapa 3016 neurona, predstavljena u časopisu Znanost, najveći je potpuni konektom mozga ikada mapiran. Istraživači su upotrijebili tisuće rezova mozga snimljenih elektronskim mikroskopom visoke rezolucije kako bi rekonstruirali mapu mozga mušice i mapirali čak 548.000 sinapsi. Razvili su i računalne alate za prepoznavanje vjerojatnih putova protoka informacija i različitih tipova sklopova u mozgu kukca. Otkrili su da su neke od strukturnih značajki slične najsuvremenijoj arhitekturi dubokog učenja.

Sljedeći korak je zaći još dublje kako bi se istražili moždani sklopovi potrebni za određene bihevioralne funkcije poput učenja i donošenja odluka te je promatrala aktivnost u cijelom konektomu dok kukac nešto radi. Trenutna tehnologija još nije dovoljno napredna za mapiranje konektoma složenijih životinja kao što su veliki sisavci. Ali budući da svi mozgovi uključuju mreže međusobno povezanih neurona, istraživači kažu da će njihova nova mapa biti trajna referenca za buduća istraživanja moždanih funkcija kod drugih životinja.

Bioinspirirana neuronska mreža pohranjuje sjećanja

Istraživači s Odjela za neuronsko kodiranje i možda računalstvo na Okinawa Institutu za znanost i tehnologiju (OIST) iskoristili su spoznaje iz biologije kako bi poboljšali široko korišteni računalni model memorije, poznat kao Hopfieldova mreža. Njihova mrežakoji će biti predstavljen na međunarodnoj konferenciji o prikazima učenja ICLR 2023bolje odražava način na koji su neuroni i druge stanice povezane u mozgu, ali također ima kapacitet pohranjivanja znatno više sjećanja.

Modificirana Hopfieldova mreža može povezati ne samo parove neurona, već i skupove od tri, četiri ili više neurona, kao što se može dogoditi u mozgu kroz astrocite i dendritična stabla. Istraživači su otkrili da mreža koja sadrži kombinaciju parnih i skupnih veza daje najbolje rezultate i zadržava najveći broj sjećanja. Štoviše, procjenjuju da ona radi više nego dvostruko bolje od tradicionalne Hopfieldove mreže. Znanstvenici sad istražuju željeti načine na koje mrežna sjećanja mogu međusobno komunicirati, na način na koji to rade u ljudskom mozgu.

Nova vrsta analognog kvantnog računala

Studija koju su u časopisu Fizika prirode objavili istraživači Sveučilišta Stanford i Sveučilišta u Dublinu (UCD) otkrila je da nova vrsta visokospecijaliziranog analognog računala, opremljenog kvantnim komponentama, može riješiti složene probleme iz kvantne fizike. Novi dizajn nudi jedinstveni način skaliranja tehnologije od pojedinačnih jedinica do velikih mreža sposobnih za simulaciju masovne kvantne materije. Istraživači su pokazali da se u takvim uređajima mogu konstruirati nove mikroskopske kvantne interakcije.

Nova platforma Quantum Simulator simulira model dva atoma spojenih osobnih kvantnih interakcija. Ugađanjem električnih napona, istraživači su uspjeli proizvesti novo stanje materije u kojem se čini da elektroni imaju samo 1/3 svog normalnog električnog naboja, takozvane ‘Z3 parafermione’. Ova nedostatna stanja predložena su kao osnova za buduća topološka kvantna izračunavanja, ali još nisu stvorena u laboratoriju u elektroničkom uređaju.

Najbrži humanoidni robot na svijetu

Robotičari UCLA-e razvili su naprednu robotsku tehnologiju za poboljšanje mobilnosti i stabilnosti koja pokreće vrhunskog humanoidnog robota zvanog ARTEMIS. Robot putuje u Bordeaux gdje će se ovog srpnja natjecati u nogometnoj utakmici RoboCupa 2023.
Robot izvrsno održava ravnotežu dok hoda po neravnom terenu i može trčati podižući obje noge s tla dok je u pokretu, objašnjavaju njegovi tvorci iz Laboratorija za robotiku i mehanizme RoMeLa. Za razliku od krutih aktuatora s kontrolom položaja koji se koriste u većini robota, ovi su elastični i kontrolirani silom.

Uz to, ARTEMIS-ovi aktuatori se pokreću električnim pogonom, a ne hidraulički, pa je čisti i radi tiše i učinkovitiji od robota koji koriste hidraulične pokretače. Zahvaljujući tome robot može trčati, skakati i hodati po neravnim i nestabilnim površinama te održavati ravnotežu čak i kad ga se gurne. Tijekom testova ARTEMIS je hodao brzinom od 2,1 metra u sekundi, što ga čini najbržim hodajućim humanoidnim robotom na svijetu.

Kamera snima u trilijuntu djelu sekunde

Istraživačima materijala sa Sveučilišta Columbia u New Yorku otkrili su način otvaranja zatvarača fotoaparata u trilijuntnom dijelu sekunde, ili 250 milijuna puta brže od onih na trenutnim digitalnim fotoaparatima. To će im omogućiti da uhvate dinamički poremećaj, ključni fenomen za svojstva i reakcije materijala. Istraživači svoj izum nazivaju “funkcija distribucije para atoma varijabilnog zatvaranja” ili skraćeno vsPDF.

Kako bi postigao zapanjujuće brzo snimanje, vsPDF koristi neutron za mjerenje položaja atoma, umjesto uobičajenih tehnika fotografije. Način na koji neutroni udaraju i prolaze kroz materijal može se pratiti kako bi se izmjerili okolni atomi, s promjenama u razinama energije koje su ekvivalentne prilagodbama brzine zatvarača.

Istraživači su svoju neutronsku kameru, opisanu u časopisu Prirodni materijali, obučen na germanij teluridu (GeTe), koji se zbog svojih posebnih svojstava naširoko koristi za pretvaranje otpadne topline u električnu energiju ili električne energije u rashladnu. Kamera je otkrila da GeTe ostaje strukturiran kao kristal na svim temperaturama. Ali na višim temperaturama pokazuje više dinamičkog nereda, gdje atomi mijenjaju gibanje za toplinsku energiju slijedeći gradijent koji odgovara smjeru spontane električne polarizacije materijala.

Bolje razumijevanje ovih fizičkih struktura poboljšava naše znanje o tome kako funkcionira termoelektrika, omogućujući nam razvoj boljih materijala i opreme – poput instrumenata koji pokreću Marsove Rovere kada sunčeva svjetlost nije dostupna.

Nova metoda za jasnije slike

Kad svjetlost putuje kroz medij koji raspršuje svjetlost, bilo da je riječ o oblacima ili tjelesnom tkivu, ta se svjetlost raspršuje, što dovodi do gubitka jasne slike izvornog objekta. Rekonstrukcija raspršenog svjetla zahtijeva početno znanje o objektu i sposobnost kontrole valne fronte svjetla koje ga osvjetljava. To uključuje komplicirane optičke elemente i visoku osjetljivost na kretanje i mehaničku nestabilnost. Računalni algoritmi tada mogu naknadno obraditi detektirano svjetlo kako bi generirali sliku.

No, sad su istraživači KAUST-a i kineskog instituta za inovacije Xiong’an razvili su način izravnog dobivanja jasne slike iz jedne snimke mrljaste slike. Razvili su strategiju snimanja statičkih i pokretnih objekata u stvarnom vremenu bez kalibracije, rekonstrukcije, s informacijama o njihovoj stvarnoj orijentaciji. Ova nova tehnika, opisana u časopisu PhotoniXzahtijeva samo jednostavne ili jeftine uređaje, bez postkompjutorske rekonstrukcije.

Krvni test za anksioznost

Istraživači Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Indiani razvili su krvni test kojim se može odrediti rizik osobe od razvoja anksioznosti, dobiti uvid u trenutno stanje i preporučiti najbolji tretman. Studija je koristila nalaze iz ranijih istraživanja koja su dovela do stvaranja krvnih testova za depresiju, posttraumatski stresni poremećaj, bipolarni poremećaj i bol.

Test, opisan u časopisu Molekularna psihijatrija, temelji se na biomarkerima povezanim s poremećajem raspoloženja i njime se može predvidjeti hoće li osoba u budućnosti postati još tjeskobnija, ali i kako hormonalne promjene utječu na tjeskobu. Nije se ostalo samo na idejama i eksperimentima pa startup MindX Sciences https://mindxsciences.com/bloodtests/ već izrađuje krvne testove koje će koristiti liječnici.

Robot malo teži od spajalice

Nadahnuti izdržljivošću pčela, istraživači MIT-a razvili su tehniku ​​popravka koja letećem robotu veličine bube omogućuje pretrpi ozbiljna oštećenja na pokretačima ili umjetnicima mišićima koji pokreću njegova krila i nastave letjeti.

Optimizirali su umjetne mišiće kako bi robot mogao bolje izolirati nedostatke i prevladati manja oštećenja, kao što su sitne rupe u aktuatoru. Osim toga, oni su u časopisu Znanstvena robotika demonstrirao je novu metodu laserskog popravka koja može pomoći robotu da se oporavi od teške štete od požara.

Koristeći ovu tehniku, oštećeni robot mogao je održati performanse na razini leta nakon što je jedan od njegovih umjetnih mišića uboden s 10 igala, a aktuator je još uvijek mogao raditi nakon što je u njemu probušena velika rupa. Metode popravka omogućile su robotu da nastavi letjeti čak i nakon što su mu istraživači odrezali 20 posto vrha krila. To bi pak rojeve sićušnih robota moglo učiniti sposobnijima za obavljanje zadataka u teškim okruženjima, poput misije potrage kroz srušenu zgradu ili u gustoj šumi.

Materijal za kvantno računalstvo

IBM, Google i drugi pokušavaju napraviti i povećati kvantna računala temeljena na supravodljivim kubitima. Ne, ključni je problem kako minimizirati negativan učinak klasičnog okruženja, koji uzrokuje pogrešku u radu kvantnog računala. Istraživači Centra za istraživanje materijala u nanoskali na Sveučilištu Penn State (CNS) tražio je rješenje za ovaj problem u egzotičnoj verziji qubita poznatoj kao topološki qubit.

Razvili su slojeviti materijal, heterostrukturu sastavljenu od sloja topološkog izolacijskog materijala, bizmuta antimon telurida i sloja supravodljivog galija. Između njih se stavlja sloj epitaksijalnog grafena koji omogućuje međusobno povezivanje i kombiniranje slojeva, poput spajanja Lego kockica.

Ova je tehnika skalabilna na razini pločice, što čini privlačnu opciju za buduće kvantno računalstvo i izradu topološkog kvantnog računala. Pločica je okrugla kriška poluvodičkog materijala koja služi kao podloga za mikroelektroniku.

‘Kozmički beton’, dvostruko jači od običnog

Istraživači Sveučilišta u Manchesteru stvorili su novi materijal, nazv StarCretenapravljen od izvanzemaljske praš ine, krumpirovog škroba i prstohvata soli, koji bi se mogao koristiti za izgradnju domova na Mjesecu i Marsu. StarCrete ima tlačnu čvrstoću od 72 megapaskala, što je više od dva puta jače od 32 MPa viđenih u običnom betonu. Zvjezdani beton napravljen od Mjesečeve prašine još je jači i ima čvrstoću veću od 91 MPa.

Najnovija saznanja, predstavljena u časopisu Otvoreno inženjerstvopoboljšavaju prethodni rad istog tima u kojem su kao vezivno sredstvo korišteni krv i urin astronauta. Dok je materijal dobiven tim pristupom, nazvan AstroCrete, imao tlačnu čvrstoću od oko 40MPa, što je i dalje bolje od normalnog betona, proces je zahtijevao potrošnju krvi, što baš i nije osobito praktično rješenje, osobito ne u svemiru.

Osim u svemiru, StarCrete bi se mogao koristiti i na Zemlji kao zelenilo alternativno tradicionalnom betonu. Cement i beton čine oko 8 posto globalnih emisija CO2 jer proces njihove proizvodnje zahtijeva vrlo visoke temperature pečenja i ogromne količine energije. StarCrete se pak može napraviti u običnoj pećnici ili mikrovalnoj pećnici pa nudi smanjene troškove energije za proizvodnju.

Kucajuća ‘srca na čipu’

U skoro tri tone tereta koji SpaceX-ov teretni brod Dragon nosi prema Međunarodnoj svemirskoj postaji našlo se mjesta i nekoliko malih uređaja u kojima otkucava ljudsko srčano tkivo. Ono će se koristiti u dva eksperimenta: Kardinalno srce 2.0ja Projektirana srčana tkiva-2 kojima ćete testirati moguće li postojeće lijekove spriječiti ili poništiti negativne učinke svemirskih letova na srce.

Istraživanja pokazuju da svemirski let može smanjiti srce. Uz to, srce pod utjecajem mikrogravitacije može promijeniti oblik, a pokazalo se i kako srce tijekom svemirskih letova prolazi kroz stanične promjene povezane sa starenjem. Stoga ovo istraživanje nije samo ključno za buduća istraživanja svemira, već bi moglo dovesti do poboljšanja tretmana srčane disfunkcije i bolesti povezanih sa starenjem na Zemlji.

Injekcijom do hitnog otrežnjenja

Što bi bilo kad bi se pronašao način da se učinci pijanstva mogu zaustaviti u treptaju oka, bolje rečeno ubrizgavanjem jedne injekcije? Ta je misao vodila i autora novog istraživanja na miševima, objavljenog u Metabolizam stanica. Oni su kao tretman koristili hormon 21 (FGF21) koji, čini se, povećava budnost u mozgu i bori se protiv određenih učinaka intoksikacije poput pospanosti i nedostatka koordinacije, a sve to bez temeljne promjene načina na koji se alkohol razgrađuje u tijelu.

Jetra proizvodi hormon i kod miševa i kod ljudi, što sugerira da se ovi rezultati mogu odnositi i na nas. U konačnici, mogao bi se koristiti za buđenje ljudi koji pate od trovanja alkoholom ili ekstremnog pijanstva, nadaju se molekularni biolozi. Sveučilišta jugozapadnog Teksasa.