Штучний інтелект розкрив секрет збереження молодості мозку

Хтось коли-небудь казав вам: «Ти виглядаєш не на свій вік!» Хоча це зазвичай улесливий комплімент для нас, здається, це стосується не лише нашої зовнішності. Виявляється, наш мозок теж може виглядати старшим або молодшим, і штучний інтелект (ШІ) допомагає нам зрозуміти чому. У недавньому дослідженні, яке поєднує штучний інтелект і нейронауку, дослідники з Каролінського інституту виявили захоплююче розуміння старіння мозку. Дослідження показують, що ключ до збереження молодості мозку може полягати в здоров’ї наших кровоносних судин.

Чому вік мозку має значення

З огляду на те, що деменція щороку вражає тисячі нових пацієнтів лише у Швеції – точніше, понад 20 000, приблизно дві третини випадків – хвороба Альцгеймера – розуміння старіння мозку ніколи не було настільки важливим. Це нове дослідження пропонує практичне розуміння того, як ми можемо підтримувати своє когнітивне здоров’я з віком.

Інноваційний підхід дослідження використовував штучний інтелект для аналізу зображень мозку 739 когнітивно здорових 70-річних людей, де жінки становили трохи більше половини групи учасників. Дослідницька група розробила складний алгоритм штучного інтелекту, який міг оцінити біологічний вік мозку за допомогою МРТ.

«Алгоритм є водночас точним і надійним, але простим у використанні», — пояснив професор Ерік Вестман, головний дослідник дослідження та професор нейрогеріатрії Каролінського інституту.

Він зазначив, що, хоча наразі це дослідницький інструмент, який потребує подальшої оцінки, експерти сподіваються зрештою застосувати його в клінічних умовах, зокрема для дослідження деменції.

Судинний зв’язок з віком мозку

Мабуть, найбільш вражаючим висновком дослідження є тісний зв’язок між здоров’ям судин і віком мозку. Дослідницька група виявила, що кілька факторів, шкідливих для здоров’я кровоносних судин, були пов’язані з мозком, який здавався старшим за хронологічний вік учасників. Ці фактори включали діабет, попередні інсульти, захворювання дрібних судин головного мозку та запалення.

«Висновок дослідження полягає в тому, що фактори, які негативно впливають на кровоносні судини, також можуть бути пов’язані зі старінням мозку, що показує, наскільки важливо підтримувати здоров’я кровоносних судин, захищати свій мозок, переконавшись, що наприклад, що ваш рівень глюкози в крові підтримується стабільним», – зазначила провідний автор дослідження Анна Марселья.

Сила вибору способу життя

Дослідження стосувалося не тільки факторів ризику – воно також виявило кілька обнадійливих новин про силу вибору здорового способу життя. Регулярні фізичні вправи виявилися важливим фактором, пов’язаним із тим, що мозок виглядає молодшим, що свідчить про те, що фізична активність може бути одним із наших найкращих засобів захисту від когнітивного старіння.

Це відкриття є особливо важливим, оскільки воно підкреслює, що ми маємо певний контроль над процесом старіння нашого мозку. Хоча ми не можемо змінити свою генетику чи повністю запобігти всім захворюванням, ми можемо зробити вибір способу життя, який сприятиме кращому здоров’ю судин і, відповідно, покращенню здоров’я мозку.

Статеві відмінності в старінні мозку

Інтригуючим є те, що дослідження виявило потенційні статеві відмінності у старінні мозку. Дослідницька група виявила, що фактори, які сприяють тому, що мозок виглядає старше або молодше, відрізняються між чоловіками та жінками, що свідчить про те, що шляхи розвитку стійкості мозку можуть відрізнятися між статями. Це відкриття спонукало до подальших дослідницьких ініціатив.

«Наступного року ми запустимо дослідження, щоб зрозуміти, як соціальне здоров’я, зокрема соціальна залученість, зв’язок і підтримка, у середньому та старшому віці, а також сон і стрес впливають на стійкість мозку, зосереджуючись на факторах здоров’я жінок», сказав Марселья.

Підвищення стійкості мозку

Час проведення цього дослідження є особливо важливим. «Незважаючи на нещодавню появу нових ліків від хвороби Альцгеймера, вони не будуть працювати для всіх із деменцією, тому ми хочемо вивчити, що може підвищити стійкість мозку проти патологічних процесів старіння», — зазначає Марселья. Ця перспектива підкреслює важливість профілактики та розуміння факторів, які сприяють старінню мозку.

Хоча медичні методи лікування зниження когнітивних функцій продовжують прогресувати, підтримка хорошого здоров’я судин за допомогою вибору способу життя може бути нашим найкращим захистом першої лінії від прискореного старіння мозку.

Результати дослідження пропонують кілька практичних кроків, які ми можемо зробити для зміцнення здоров’я мозку:

  1. Підтримуйте стабільний рівень глюкози в крові за допомогою дієти та регулярних обстежень
  2. Займайтеся регулярними фізичними вправами
  3. Контролюйте запалення за допомогою дієти та способу життя
  4. Слідкуйте за здоров’ям судин, регулярно проходячи медичні огляди
  5. Розглянемо статеві фактори підтримки здоров’я мозку

Майбутні дослідження віку мозку

Наступні кроки дослідницької групи – зосередження на факторах соціального здоров’я, сні та стресі – обіцяють додати ще один рівень розуміння того, як ми можемо захистити своє когнітивне здоров’я з віком.

Цей цілісний підхід до дослідження здоров’я мозку може призвести до більш персоналізованих рекомендацій щодо підтримки когнітивних функцій протягом усього нашого життя. Розуміння старіння мозку стає все більш важливим у міру старіння населення планети.

Це дослідження Каролінського інституту не тільки дає цінну інформацію про фактори, що впливають на вік мозку, але й дає надію, що завдяки належній підтримці здоров’я судин і вибору способу життя ми зможемо довше зберегти свій мозок молодшим. Наразі повідомлення зрозуміле: турбота про кровоносні судини корисна не лише для серця – це важливо для підтримки молодості й стійкості мозку.

Оскільки ми очікуємо подальших розробок у цій галузі, включаючи потенційне клінічне впровадження інструментів оцінки віку мозку на основі штучного інтелекту, ми всі можемо вжити заходів для захисту нашого судинного здоров’я та нашого когнітивного майбутнього. Дослідження опубліковано в журналі Alzheimer’s & Dementia: The Journal of the Alzheimer’s Association.

Прорив у науці: сонячна енергія змінює підхід до виробництва водню

Новий процес сонячних батарей із використанням Sn(II)-перовскітного оксидного матеріалу пропонує багатообіцяючий шлях для виробництва екологічно чистого водню шляхом розщеплення води, прогресуючи технології сталої енергетики. Фахівці з нанорозмірної хімії досягли значного прогресу в напрямку сталого та ефективного виробництва водню з води за допомогою сонячної енергії.

Міжнародне спільне дослідження під керівництвом Університету Фліндерса за участю дослідників з Південної Австралії, США та Німеччини виявило новий процес сонячної батареї, який може відіграти ключову роль у майбутніх технологіях фотокаталітичного розщеплення води — важливого кроку у виробництві зеленого водню.

Дослідження підкреслює новий клас кінетично стабільного оксидного сонячного матеріалу «ядро та оболонка Sn(II)-перовскіт», який у поєднанні з каталізатором, розробленим американськими дослідниками під керівництвом професора Пола Маггарда, є перспективним каталізатором реакції виділення кисню. . Ця реакція є життєво важливим компонентом для отримання екологічно чистої водневої енергії.

Ці висновки, опубліковані в рецензованому Журналі фізичної хімії C, відкривають нові шляхи для розвитку безвуглецевих технологій зеленого водню. Цей підхід використовує джерела електроенергії, які не викидають парникових газів, і спрямований на забезпечення високопродуктивного та економічно ефективного електролізу для сталого енергетичного майбутнього.

Ключові ідеї

«Це останнє дослідження є важливим кроком вперед у розумінні того, як ці сполуки олова можуть бути стабілізовані та ефективні у воді», — каже провідний автор, професор Гюнтер Андерссон з Інституту нанорозмірної науки та технологій Фліндерса в Науково-технічному коледжі.

«Наш матеріал вказує на нову хімічну стратегію поглинання широкого діапазону енергії сонячного світла та його використання для стимулювання реакцій виробництва палива на його поверхні», — додає професор Пол Маггард з кафедри хімії та біохімії Університету Бейлора.

Ці сполуки олова та кисню вже використовуються в різноманітних цілях, включаючи каталіз, діагностичну візуалізацію та терапевтичні препарати. Однак сполуки Sn(II) реагують з водою та двокиснем, що може обмежити їх технологічне застосування.

Досягнення перовскітних сонячних досліджень

Дослідження сонячної фотоелектричної енергії в усьому світі зосереджені на розробці економічно ефективних, високопродуктивних систем генерації перовськіту як альтернативи звичайним існуючим кремнієвим та іншим панелям.

Водень із низьким рівнем викидів можна отримувати з води шляхом електролізу (коли електричний струм розщеплює воду на водень і кисень) або термохімічного розщеплення води, процес, який також може забезпечуватися концентрованою сонячною енергією або відпрацьованим теплом ядерних реакторів.

Водень можна виробляти з різноманітних ресурсів, включаючи викопне паливо, наприклад природний газ і біологічну біомасу, але вплив водню на навколишнє середовище та енергоефективність залежать від способу його виробництва. Процеси, керовані сонцем, використовують світло як агент для виробництва водню та є потенційною альтернативою для виробництва водню в промислових масштабах.

Нове дослідження було засноване на попередній роботі під керівництвом професора Пола Маггарда, який зараз працює на факультеті хімії та біохімії Бейлорського університету в Техасі, а раніше в Університеті штату Північна Кароліна. Нова стаття в American Chemical Society (ACS) Journal of Physical Chemistry C містить внесок експертів Університету Фліндерса та Університету Аделаїди, включно з професором хімії Грегом Метою, який також бере участь у дослідженні фотокаталітичної активності металевих кластерів на поверхнях оксидів у реакторні технології та Університет Мюнстера в Німеччині.

Дослідження 21 мільйона клітин змінює наше уявлення про старіння

Як показано в найбільшому в історії Рокфеллера атласі старіння ссавців, старіння відбувається в різні стадії, що відзначаються синхронними клітинними змінами в органах. Їхні висновки дають підказки для націлювання на процеси старіння та виявляють ключові вікові та статеві відмінності в клітинній динаміці.

Якщо порівняти фотографії клена, зроблені в липні та грудні, різниця буде разючою: яскравий зелений навіс влітку проти голих, різких гілок взимку. Те, що ці зображення не розкривають, так це те, як відбувалася трансформація — поступовою чи раптовою. Насправді листяні дерева зазвичай чекають сигналів навколишнього середовища, таких як зміна світла або температури, перш ніж скинути все листя протягом короткого періоду від одного до двох тижнів.

Коли справа доходить до старіння, ми можемо бути більше схожі на ці дерева, ніж ми думали.

Новаторське дослідження, проведене Лабораторією одноклітинної геноміки та популяційної динаміки Університету Рокфеллера, виявило, що старіння відбувається схожою траєкторією на клітинному рівні. У дослідженні, нещодавно опублікованому в Science, керівник лабораторії Цзюнюе Цао та його команда застосували одноклітинне секвенування для аналізу понад 21 мільйона клітин з усіх основних органів мишей на п’яти різних етапах життя. Ці безпрецедентні зусилля створили найбільший у світі клітинний атлас, складений в рамках одного дослідження.

Їхні висновки показують, що певні клітинні популяції змінюються в кожному органі однаково й одночасно протягом певних етапів життя. Це свідчить про те, що старіння — це не лінійний процес, а натомість стадія розвитку, викликана певними молекулярними сигналами.

«Кількість деяких клітин значно збільшується, а інших зменшується, і клітини, які зазнають таких змін, відрізняються залежно від віку», — каже Као. Більше того, деякі з цих змін контролюються тими ж молекулярними властивостями, тому ми можемо націлити їх на затримку або навіть перепрограмування самого процесу старіння».

Від техніки на замовлення до універсальної платформи

Секвенування окремих клітин, спеціалізація лабораторії Цао, — це метод генетичного аналізу, який зосереджується на генетичній експресії та молекулярній динаміці окремих клітин, одночасно виявляючи ідентичність кожної досліджуваної клітини. Його команда раніше використовувала секвенування однієї клітини, щоб виявити нові рідкісні типи клітин мозку та відстежувати, як клітини мозку старіють, серед інших цілей.

Під час дослідження мозку вони також виявили різні клітинні популяції та клітинну динаміку, характерні для різного віку. У поточному дослідженні під керівництвом аспіранта Цзехао Чжана їм було цікаво дізнатися, чи відбуваються подібні зміни в інших частинах тіла. Щоб зробити це, Чжан адаптував EasySci, одноклітинний метод секвенування, розроблений групою та використаний у дослідженні старіння мозку, щоб розширити його клітинний охоплення, щоб охопити всі основні органи миші – це складне завдання, з яким Чжан впорався на одній вручну.

«Найскладнішим аспектом була оптимізація EasySci для роботи з різними органами ссавців, зберігаючи при цьому високу якість даних», — каже він. «Оскільки більшість попередніх досліджень часто зосереджувалися на конкретних органах або використовували різні протоколи для різних органів, розробка універсального протоколу вимагала тестування тисяч умов у різних органах, перш ніж ми могли навіть почати справжній експеримент».

Завдяки зусиллям Чжана EasySci тепер є єдиною платформою для профілювання основних органів ссавців, здатною систематично аналізувати механізми старіння та захворювання в усьому організмі. У поточному дослідженні вони використали його для виявлення одноядерних профілів транскриптомів приблизно 21 мільйона клітин, взятих із понад 600 зразків самців і самок мишей на п’яти різних етапах життя, від молодих до літніх.

Критичні часові вікна

Команда виявила більше 10 основних типів клітин і 200 підтипів клітин, які постійно зазнають значного вікового виснаження або розширення. Наприклад, у ранньому дорослому віці (від 3 до 12 місяців у мишей) кількість конкретних підтипів клітин у жировій, м’язовій та епітеліальній тканинах помітно зменшилася, тоді як у дорослому віці (від 12 до 23 місяців у мишей) різні типи імунних клітин різко зростає.

Цікаво, що багато з цих змін були пов’язані з експресією специфічних генів у клітинах, незалежно від того, де вони були виявлені. «Ми визначили підтипи клітин у різних органах, де вони можуть виконувати різні функції», — каже Цао. «Але, здається, ними керує той самий молекулярний процес».

«Ми, по суті, визначили клітинну основу кожної зміни фази та задокументували, що вони відбуваються не поступово з часом, а на певних етапах життя», — додає він. «Тепер, коли ми визначили критичні часові вікна, які показують дуже сильні зміни в окремих популяціях клітин, це дає нам важливі підказки про те, як втрутитися в процес старіння».

Імунні клітини, зокрема, показали бум популяції в більш пізньому віці. «Ми виявили багато різних підтипів В-клітин і Т-клітин, які сильно розмножуються в різних органах», — каже Цао. Відомо, що надлишок цих клітин викликає запальні та аутоімунні захворювання. Насправді коли дослідники обстежили двох мишей з імунодефіцитом, у яких відсутні такі клітини, вони виявили, що виснаження В-клітин і Т-клітин скасовувало зміни в кількох інших типах клітин, пов’язаних зі старінням, підкреслюючи клітинні регуляторні мережі в процесі старіння, каже Цао.

Вони також знайшли надзвичайно малі скупчення нових типів клітин, деякі з яких нараховували лише 500 клітин. Яку роль вони відіграють у старінні, ще належить дослідити, але було показано, що деякі надзвичайно рідкісні типи клітин організовують критичні функції, каже Цао. «Візьмемо клітини гіпофіза: ця дуже невелика популяція виділяє важливі гормони, необхідні для росту, репродуктивного розвитку та функціонування органів».

Вікові та статеві відмінності

Несподівано вони також знайшли сотні клітинних станів, які відрізнялися між самцями та самками мишей у кожному органі, каже Чжан. До них належать клітини-попередники адипоцитів, які демонструють різні молекулярні стани між чоловіками та жінками, а також специфічне для жінок розширення В-клітин, пов’язаних зі старінням. У сукупності ці вікові та статеві відмінності можуть допомогти пояснити, чому жінки, особливо літні жінки, страждають від аутоімунних станів частіше, ніж чоловіки.

Вони також підкреслюють важливість мати збалансовані за статтю зразки клітин у дослідженнях старіння та захворювань, каже Чжан. «Багато досліджень зосереджуються на одній статі, щоб зменшити витрати та зберегти узгодженість, але цей висновок підкреслює важливість залучення обох статей для виявлення загальних механізмів або розробки методів лікування з урахуванням статі».

Золота жила для майбутніх досліджень

Набір даних дослідження з 21 мільйона клітин, який називається PanSci, являє собою найбільший атлас секвенування однієї клітини старіння ссавців, який коли-небудь створювався, і лабораторія Цао вже планує кілька майбутніх проектів на основі цього ресурсу. Наприклад, вони мають намір глибше вивчити сотні підтипів клітин, які демонструють серйозні відмінності між самцями та самками мишей, а також тими, які беруть участь у процесі старіння, багато з яких залишаються погано охарактеризованими або вивченими.

«Я думаю, що наші висновки потенційно можуть бути використані для виявлення клітинної основи деяких захворювань, пов’язаних із статтю», — каже Цао.

Чжан додає, що вчені з усього світу також можуть видобувати PanSci для власних досліджень. «Дослідники, які вивчають конкретні органи, можуть отримувати дані про органи, тоді як ті, хто зосереджується на конкретних клітинних лініях, таких як імунні або ендотеліальні клітини, можуть витягувати ті самі типи клітин з різних органів», — говорить він. «А оскільки набір даних добре підібраний і анотований, він ідеально підходить для навчання великих моделей машинного навчання для таких програм, як прогнозування віку, пошук рідкісних типів клітин і створення віртуальних клітин для досліджень збурень in silico».

Чи можуть гідротермальні джерела Землі вказати шлях до інопланетного життя?

Гідротермальні системи є воротами до деяких із найцікавіших процесів, що формують нашу планету. Гідротермальне поле Polaris у Північному Льодовитому океані – це сайт, який переписує те, що ми знаємо про різноманітність джерел і роль гідротермальної активності в підтримці життя на Землі – і, можливо, за її межами. Нещодавні дослідження виявили ширший діапазон стилів вентиляції, ніж передбачали експерти, змінивши наше розуміння походження цих вентиляційних отворів та їх більшого впливу на наші океани та планету.

Полярне гідротермальне поле

Наша історія розгортається на гідротермальному полі Polaris, розташованому в Північному Льодовитому океані на надповільно спрединговому хребті Гаккеля. Початкові дослідження намалювали картину Polaris як класичної системи «чорного курця», викликаної її близькістю до вулканічної підводної гори та аномаліями температури та каламутності в її гідротермальному шлейфі. Але історія поля Полярної зорі прийняла дивовижний поворот. Після всебічних досліджень морського дна та геохімічного аналізу вчені виявили, що Polaris не був звичайним чорним курцем. Натомість він скидає в Північний Льодовитий океан рідини, збагачені воднем і метаном.

Гідротермальне життя: більш різноманітне, ніж ми думали

Щобільше, глибоководні гідротермальні шлейфи, виявлені вздовж надповільно розповсюджуваних серединно-океанічних хребтів, виявили різноманітність стилів вентиляції, що перевищує те, що повідомлялося раніше. За словами вчених з Океанографічного інституту Вудс-Хоула (WHOI), це розширення георізноманіття поширилося навіть на Північний Льодовитий океан, розширивши наше розуміння роботи океанів нашої планети.

«Багаті воднем вентиляційні отвори, такі як Polaris, мають набагато більше хімічної потенційної енергії, доступної для життя, ніж будь-які інші види вентиляційних отворів», — пояснив Кріс Герман, старший науковий співробітник WHOI. «Мікробне різноманіття, яке ви отримуєте, коли доступна така кількість енергії, справді вражає та відрізняється від більшості звичайних гідротермальних джерел».

Наслідки для життя за межами Землі

Ці відомості про функціонування нашого океану мають не лише земне значення, але й дають вагу для можливостей життя за межами нашої планети.

«Відкриття, які ми зробили тут, особливо важливі, тому що вони запевняють нас, що ми можемо шукати життя в інших океанських світах надійним і значущим способом на основі того, що ми зараз знаємо», — сказав Герман.

Північний Льодовитий океан: вікно в невідоме

Північний Льодовитий океан, одне з найменш досліджених місць на Землі, служить вікном у геологічні процеси, які інакше залишилися б прихованими. «Відомості, які ми отримали від гідротермальної системи Polaris, були неочікуваними та мали серйозні наслідки для гідротермальних досліджень в інших океанах. Ми раді дізнатися, які ще сюрпризи чекає Арктика в майбутньому», — зазначив Елмар Альберс, докторант WHOI.

Поєднання життя на Землі з космосом

Розкриття таємниць нашої рідної планети слугує сходинкою до розуміння розподілу життя у Всесвіті.

«Те, що ми дізнаємося тут, в Арктиці чи будь-де на Землі, безпосередньо застосовується до наших успішних досліджень інших світів, таких як Європа та Енцелад, і за їх межами», — сказала Беккі МакКолі Ренч, науковий співробітник астробіологічної програми в штаб-квартирі NASA.

Це дослідження було в основному підтримано програмою NASA PSTAR в WHOI та престижним Фондом Олександра фон Гумбольдта. Продовжуючи досліджувати таємниці океану, ми нагадуємо про заплутані зв’язки між нашою власною планетою та величезним Всесвітом, який існує за нею.

Гідротермальні системи та походження життя

Гідротермальне поле Polaris виділяється не лише своєю різноманітністю, але й унікальними хімічними ознаками. На відміну від традиційних систем чорного куріння, які видаляють рідини, багаті залізом і сіркою, Polaris випускає шлейфи, збагачені воднем і метаном. Ці гази живлять спеціалізовані мікробні спільноти, які процвітають за відсутності сонячного світла, використовуючи хімічну енергію для підтримки життя.

Ці багаті воднем середовища є гарячими точками для хемосинтезу, процесу, у якому мікроби перетворюють хімічну енергію в органічну речовину. Потенційна енергія, наявна в цих системах, робить їх винятковими лабораторіями для вивчення того, як життя може виникати та зберігатися в екстремальних умовах як на Землі, так і в інших океанських світах. Ця відмінна хімія має наслідки для розуміння того, як гідротермальні системи могли сприяти виникненню життя.

Хімічні градієнти, які спостерігаються на Полярісі, відображають джерела енергії, які, за теорією, підтримували раннє життя на Землі, забезпечуючи переконливий аналог для позаземних середовищ. Повний текст дослідження опубліковано в журналі Earth and Planetary Science Letters.

Стародавня столиця Ассирії, покинута 2700 років тому, розкрита завдяки магнітному дослідженню

Археологи на півночі Іраку виявили залишки величезної вілли, королівських садів та інших споруд, похованих глибоко під землею в тому місці, де колись була стародавня ассирійська столиця Хорсабад, показало нове магнітне дослідження. Міжнародна група дослідників використовувала магнітометр у надзвичайно складних умовах, щоб виявити 2700-річну міську водяну браму, можливі палацові сади та п’ять великих будівель — у тому числі віллу зі 127 кімнатами, яка вдвічі більша за Білий дім. Відповідно до заяви Американського геофізичного союзу (AGU), раніше невідкриті споруди ставлять під сумнів думку про те, що Хорсабад ніколи не був побудований за межами палацового комплексу у восьмому столітті до нашої ери.

«Усе це було знайдено без розкопок», — сказав Йорг Фассбіндер, геофізик з Університету Людвіга-Максиміліана в Мюнхені, перший автор дослідження, представленого 9 грудня на щорічній зустрічі AGU 2024, у заяві AGU. Дослідження ще не опубліковано в рецензованому журналі.

«Робота з дистанційного картографування, яку виконали Фассбіндер і його команда, надзвичайно важлива. Магнітометр створює більш повну реконструкцію, ніж традиційні тестові траншеї, і він не завдає жодної шкоди об’єкту», – сказала Сара Мелвілл, історик, яка спеціалізується на Neo -Ассирійська імперія, яка не брала участі в дослідженні Хорсабада, повідомила Live Science в електронному листі.

Неоассирійський імператор Саргон II почав будувати свою гігантську нову столицю — спочатку називався Дур-Шаррукін, що означає «Фортеця Саргона» — у 713 році до нашої ери. Але Саргон помер у 705 році до нашої ери, можливо, ще до того, як столиця була зайнята та завершена . Потім син і наступник Саргона II, Сеннахеріб, переніс столицю до міста Ніневія, а Хорсабад був покинутий і забутий протягом двох тисячоліть.

Понад 25 століть пізніше французька та американська археологічні місії в 1800-х і 1900-х роках, відповідно, розкопали палац у Хорсабаді, включно зі знаменитими статуями «Ламассу» крилатих биків із людськими головами, які зараз знаходяться в Луврі. Однак за межами палацу та міських стін розміром 1,1 на 1,1 милі (1,7 на 1,7 кілометра) схема стародавньої столиці залишалася загадкою, і археологи припускали, що її залишили незавершеною. У 2015 році Хорсабад був розграбований Ісламською державою, і археологи змогли відновити роботу на місці лише після того, як войовниче ісламістське угруповання в основному пішло з регіону у 2017 році.

Команда Фассбіндера провела свою операцію дистанційного зондування у 2022 році. Замість того, щоб встановити магнітометр на транспортному засобі чи дроні, який міг би привернути небажану увагу, Фассбіндер і його колега-дослідник вручну носили 33-фунтовий (15 кілограмів) пристрій туди-сюди над закопаний капітал. Вони працювали сім днів, охоплюючи 2,79 мільйона квадратних футів (0,3 квадратних кілометра) — це все ще менше 10% ділянки.

«Кожного дня ми відкривали щось нове», — сказав Фассбіндер у заяві.

«Дивно, але величезна кількість доступних даних про ассірійські столиці походить майже виключно від вивчення офіційної монументальної архітектури — по суті, просторів і творінь, пов’язаних з королем», — Даніеле Моранді Бонакоссі, археолог з Університету Удіне в Італії, який спеціалізується на Стародавньому Близькому Сході і не брав участі в опитуванні, повідомив Live Science в електронному листі. «Отже, часто неможливо отримати уявлення про життя інших жителів або навіть підтвердити існування додаткових жителів у столицях Ассирії».

Він зазначив, що нове дослідження «прагне усунути цю значну прогалину в нашому розумінні», серед іншого, досліджуючи міські структури на додаток до палацового комплексу. Зрештою, результати нового опитування свідчать про те, що Хорсабад був процвітаючою столицею, яка розвинулася далеко за межі того, що вважалося раніше. Залишається побачити, чи археологи тепер виведуть на світло дистанційно виявлені споруди.

Піонери AI працюють над створенням віртуальної моделі людської клітини

Спільні зусилля експертів зі Стенфордського університету, Genentech та Ініціативи Чана-Цукерберга спрямовані на використання штучного інтелекту для розробки першої у світі віртуальної людської клітини. Ця новаторська ініціатива може значно покращити наше розуміння біології людини, полегшити експерименти in silico, прискорити медичні дослідження та прокласти шлях до персоналізованої медицини.

ШІ та віртуальні людські клітини

Дослідники зі Стенфордського університету, Genentech та Ініціативи Чана-Цукерберга вважають, що досягнення в області штучного інтелекту (ШІ) і доступність великомасштабних біологічних даних створили «безпрецедентну можливість» створити першу у світі віртуальну клітину людини. Ця модель на основі штучного інтелекту може моделювати складну поведінку людських біомолекул, клітин і навіть цілих тканин і органів.

У пошуках біології, вдосконаленої ШІ

«Моделювання людських клітин можна вважати священним Граалем біології», — сказала Емма Лундберг, доцент кафедри біоінженерії та патології в школах інженерії та медицини Стенфордського університету та старший автор нової статті в журналі Cell , яка пропонує узгоджену, глобальні зусилля зі створення першої в світі віртуальної комірки ШІ. «Штучний інтелект пропонує можливість навчатися безпосередньо на даних і вийти за межі припущень і здогадок, щоб виявити нові властивості складних біологічних систем».

Лундберг є співавтором статті разом із колегами зі Стенфорду Стівеном Куейком, професором біоінженерії та науковим керівником Ініціативи Чана-Цукерберга, та Юре Лесковцем, професором комп’ютерних наук у Школі інженерії. Серед інших старших авторів — Теофаніс Каралецос, голова наукового відділу ШІ в Ініціативі Чана-Цукерберга, і Авів Регев, виконавчий віце-президент із досліджень Genentech.

Багатообіцяючі переваги моделей синтетичних клітин

Така модель синтетичної клітини дозволила б глибше зрозуміти складну взаємодію хімічних, електричних, механічних та інших сил і процесів, які змушують здорові людські клітини працювати, а також виявила б основні причини захворювань, які призводять до дисфункції або смерті клітин.

Можливо, більш інтригуючим є те, що віртуальна клітина штучного інтелекту також дозволить вченим експериментувати in silico замість in vivo – на комп’ютері, а не на живих клітинах і організмах. Ця здатність розширить людське розуміння людської біології та прискорить пошук нових методів лікування, фармацевтичних препаратів і, можливо, ліків проти хвороб.

Бачення ери цифрової біології

Біологи, які займаються раком, можуть моделювати, як певні мутації перетворюють здорові клітини на злоякісні. Мікробіологи можуть колись передбачити вплив вірусів на інфіковані клітини і, можливо, навіть на організми-господарі. Лікарі одного разу можуть випробувати лікування на «цифрових близнюках» своїх пацієнтів, прискоривши давно обіцяну епоху швидшої, економічнішої та безпечнішої персоналізованої медицини.

Однак, щоб вважатися успішним, автори кажуть, що віртуальна клітина ШІ повинна досягти трьох результатів. По-перше, потрібно було б надати дослідникам можливість створювати універсальні уявлення про види та типи клітин. Він також мав би точно передбачити клітинні функції, поведінку та динаміку та зрозуміти клітинні механізми. І, останнє, але не менш важливе, віртуальна комірка штучного інтелекту дозволить проводити експерименти на комп’ютерах для перевірки гіпотез і збору даних для розширення можливостей віртуальної комірки зі швидкістю та вартістю, набагато нижчою від сьогоднішньої.

Виклик масивних біологічних даних

У тому, що автори називають «трифектою» для науки, штучний інтелект започаткував еру інструментів, які є прогнозними, генеративними та доступними для запитів, і все ж величезний масштаб необроблених біологічних даних, які знадобляться для створення віртуальної клітини, є незаперечно. Для порівняння автори вказують на сховище даних секвенування ДНК , зібраного Національним інститутом охорони здоров’я під назвою «Архів короткого читання», який зараз містить понад 14 петабайт даних – у тисячу разів більше, ніж набір даних, який використовується для навчання ChatGPT.

Досягти віртуальної комірки ШІ буде нелегко. Це вимагатиме узгодженої глобальної відкритої наукової співпраці в безпрецедентних масштабах у галузях, починаючи від генетики та протеоміки до медичної візуалізації, а також тісного партнерства між глобальними зацікавленими сторонами в академічних колах, промисловості та некомерційних організаціях. Одночасно автори обережно відзначають, що будь-яку роботу над створенням віртуальної комірки ШІ слід проводити лише з припущенням, що отримані моделі будуть доступні для всього наукового співтовариства без обмежень.

«Це грандіозний проект, який можна порівняти з проектом геному, який потребує співпраці між дисциплінами, галузями та націями, і ми розуміємо, що повністю функціональні моделі можуть бути недоступні протягом десятиліття чи більше», — заявив Лундберг. «Але враховуючи сучасні можливості штучного інтелекту, які швидко розширюються, і наші величезні та зростаючі набори даних, настав час для науки об’єднатися та почати роботу з революції в тому, як ми розуміємо та моделюємо біологію».