Микробы распознают буквы

06.06.2021

Благодаря своему недавнему открытию, ученые с факультета биомедицинской инженерии Техниона смогли добиться распознавания определенных геометрических узоров - например, букв - колониями микробов, имитирующими искусственную нейронную сеть.

Метод ученых основан на изменении способа коммуникации внутри колоний микробов в природе. Исследование, проведенное доктором Симингом Ли и доцентом Рамезом Даниэлем.

Лаборатория профессора Даниэля занимается синтетической биологией, в частности, созданием биологических цепей, по сути сочетающих принципы биологии и электроники. Подобно электронным переключателям, которые можно включать и выключать, клетки спроектированы так, чтобы "включаться" и выполнять функцию, например флуоресценцию, в ответ на определенный стимул. Используя эту технику, группа разработала биологические "датчики", которые распознают присутствие мышьяка и других ядов в воде или наличие крови в моче.

Однако клетки способны выполнять более сложные функции, чем простой переключатель "да / нет". Колонии микробов в природе способны к внутренней коммуникации. Например, они могут по-разному реагировать на внешние раздражители, когда колоний мало или же когда их много. Это явление, называемое "восприятием кворума", также проявляется, например, когда наша иммунная система мобилизуется против инфекции - клетки передают информацию о том, какой патоген попал в организм, какая реакция требуется и многое другое.

Одна клетка сама по себе а может быть "глупой", но вся колония, как правило, "умная". Именно это явление группа профессора Даниэля использовала, чтобы в несколько раз повысить алгоритмическую сложность задачи и впервые создать биологическую схему, действующую как искусственная нейронная сеть, способная выполнять относительно сложную задачу: распознавание образов. Строительными блоками для нее стали модифицированные бактерии E. coli.

Созданные таким образом геометрические узоры - это доказательство концепции того, что могут делать биологические схемы, действующие как искусственная нейронная сеть. В будущем мы можем увидеть биоинженерные системы, отслеживающие токсины, диагностирующие рак и используемые для регенерации тканей. У нас могут даже появиться биологические компьютеры. Интересно наблюдать, как синтетическая биология, стремящаяся имитировать электронику в биологических системах, прошла полный цикл, создав подобие искусственной нейронной сети, которая, конечно же, вдохновлена человеческим мозгом - самой сложной биологической системой.

<< Назад: Ожидание праздника влияет на чувство времени 06.06.2021

>> Вперед: Найден механизм, отключающий чувство голода 05.06.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Крах банка 01.08.2004 В немецком городе Хаген недавно снесли взрывом стометровый небоскреб одного из банков. Снос производился публично. Здание, простоявшее около тридцати лет и в значительной мере определявшее силуэт города, стало слишком дорогим в эксплуатации по причине своей многоэтажное. Более двухсот килограммов взрывчатки были распределены по 1500 скважинам, пробуренным в ключевых точках конструкции. Впервые в мире при столь крупной операции сноса взрывателями управлял компьютер. Взрыв был негромким, в окружающих постройках не пострадало ни одно окно. Здание осело за пять секунд. Разборка небоскреба заняла бы 10 месяцев. Пожарные брандспойты создавали водяную завесу, мешавшую разлетаться пыли, и все же на окружающих автостоянках автомобили покрылись тонким беловатым налетом. С безопасного расстояния за происходящим наблюдали 40 тысяч жителей Хагена и съехавшихся туристов. Для них заранее были построены специальные платформы. После взрыва толпа разразилась аплодисментами.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025