TechFusion.ruЗдоровьеДайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #31

Дайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #31

Биотехдайджест

Мы регулярно рассказываем о последних открытиях и интересных достижениях в мировых и российских технологиях, связанных с работой человеческого организма. Это могут быть как классические биотехнологии — медицинские  открытия, генная инженерия и работа с биоматериалами, — так и технологические новинки, расширяющие возможности для восприятия окружающего мира и человеческого тела

В новом выпуске: аватар, чтобы учиться ходить, исследование зависимости от сигарет, награда за мораль, новый способ лечения ВИЧ и роборука-сурдопереводчик

Аватар возвращается

Теперь не в кино, а в реальной жизни.

Новая разработка ученых Хьюсторского университета использует нейрокомпьютерный интерфейс и виртуальный аватар — эти инструменты могут помочь в реабилитации больных, которым трудно ходить после инсульта или травмы.

Еще раньше ученые обнаружили, что по электроэнцефалограмме (ЭЭГ) — процедуре, которая отображает электрическую активность мозга — можно определить, движется человек или находится в покое. При этом не было до конца ясно, какие именно участки мозга задействованы в движениях — в частности, в ходьбе — и как их простимулировать, чтобы вернуть человеку способность ходить после болезни или травмы.

Чтобы это понять, исследователи из Хьюстона привлекли несколько здоровых добровольцев. Те должны были ходить по беговой дорожке или спокойно стоять, и в процессе этого ученые снимали показания ЭЭГ. Более того, к рукам и ногам испытуемых были прикреплены сенсоры, которые транслировали движения виртуальному аватару — он в точности повторял все за участником.

Сопоставив сигналы от сенсоров и результаты ЭЭГ, ученые создали нейрокомпьютерный интерфейс, который напрямую транслирует информацию о движении — от мозга к аватару, без участия сенсоров на руках и ногах.

Во втором этапе исследования участники снова шагали по дорожке, и теперь аватар должен был повторять их движения, ориентируясь лишь на активность мозга. И хотя точность «копирования» в этот раз была ниже, чем при использовании сенсоров, исследователи обнаружили «бонус» — выросла активность в некоторых зонах мозга. В частности, активизировались задняя теменная кора и нижняя теменная доля, и к ним подключилась передняя поясная кора — она участвует в обучении моторным функциям и осуществляет «работу над ошибками».

Ученые считают, что управление аватаром поможет людям с нарушенной функцией ходьбы активировать нужные участки мозга и буквально заново научиться ходить. Следующий этап исследований — протестировать технологию на пациентах с последствиями травм и инсультов.

Сигареты, вызывающие меньшую зависимость

Курение сигарет — основная причина предотвратимых, но очень опасных болезней, включая рак легких, инфаркт и инсульт. Все знают, что курить вредно, но остановиться сложно, ведь сигареты вызывают сильнейшую зависимость. Но какова основная природа этой зависимости — физиологическая или психологическая?

Исследователи из Вермонтского университета изучали этот вопрос, предлагая испытуемым сигареты с более или менее высоким содержанием никотина.

В эксперименте приняли участия 169 человек — женщины и мужчины, которые курят ежедневно. Для исследования специально выбрали людей из наиболее уязвимых групп: неблагополучных с экономической точки зрения, подверженных психическим расстройствам — у этих людей выше риск впасть в любую зависимость, в том числе зависимость от сигарет. Ученые предположили, что если даже в этой группе снижение количества никотина поможет преодолеть зависимость, то такой подход можно будет считать универсальным для борьбы с курением.

Ученые обнаружили, что в зависимости ключевую роль играет физиология: сигареты с более низким содержанием никотина вызывали не такое сильно желание закурить их вновь по сравнению с обычными сигаретами. При этом, к сожалению, при наличии более «никотиновой» альтернативы заядлые курильщики с удовольствием выбирали ее.

Вермонтские исследователи предлагают задействовать в борьбе с курением экономические мотивы: сигареты с низким содержанием никотина продавать дешевле, с высоким — дороже. Таким образом, самые предрасположенные к курению группы населения будут вынуждены перейти на «низконикотиновые» сигареты. А они, как показало исследование, меньше вызывают зависимость — значит, есть шанс со временем безболезненно распрощаться с вредной привычкой.

Быть хорошим приятно

И удовольствие от того, что сделал что-то хорошее — не просто социальный конструкт. Добрые дела и высокий уровень морали активизируют центры вознаграждения в мозге — те же самые, что возбуждаются от секса, алкоголя и шоколада.

Группа ученых из США, Китая и Германии выяснила это, проведя эксперимент на студентах Уортонской бизнес-школы.

Для начала студентов опросили, чтобы выяснить их отношение к морали и нравственности. 38 студентов оказались с уровнем морали «выше среднего», остальные 26 имели обычные и низкие моральные стандарты. Внутри групп не было существенных различий по полу и возрасту. Исходя из того, что все это — студенты курса MBA крупной бизнес-школы, можно также утверждать, что уровень интеллекта у всех испытуемых одинаково высокий.

Активность мозга у обеих групп студентов измеряли в покое и во время выполнения теста, который предполагал риск и денежную выгоду. У высокоморальных студентов в обоих случаях была выше активность вентрального стриатума — эта зона мозга является частью «системы вознаграждения».

Получается, у людей с высокими стандартами морали мозг чаще мотивирует их делать что-то хорошее, вознаграждая выбросом дофамина — то есть добрые дела приносят человеку удовольствие. В то же время, такие люди более склонны к риску — и этим можно объяснить, почему человек бросается в эпицентр пожара, чтобы спасти ребенка. За свой риск он будет сполна вознагражден усиленным притоком дофамина (если, конечно, выживет).

Ученые так и не поняли, является ли «награда за мораль» причиной или следствием того, что люди придерживаются высоких стандартов нравственности. В любом случае, будет нелишним воспитывать в себе моральные принципы — в конце концов, это не только полезно для общества, но и может принести «носителю морали» дополнительное удовольствие в жизни.

Новый способ лечения ВИЧ

Лекарство, которое бы полностью излечило людей от ВИЧ, пока, к сожалению, не нашли. Но есть антиретровирусная терапия (АРТ), которая подавляет размножение вируса и позволяет ВИЧ-положительным людям долгие годы оставаться здоровыми. Но есть у АРТ и свои минусы: препараты нужно принимать строго по часам, если нарушить правила приема лекарств, вирус может выработать устойчивость — и придется подбирать новый препарат. Резистентность к лекарству может развиться и спонтанно, даже если пациент соблюдал все правила — ведь вирусы, в том числе ВИЧ, способны мутировать.

Профессор молекулярной биологии И-Чуе Хуанг из Университета Южной Калифорнии 13 лет искал другой, более эффективный способ помочь ВИЧ-инфицированным. Наконец он и его коллеги обнаружили белок иммунной системы человека, способный противостоять вирусу иммунодефицита.

Белок ученые назвали Delta 20. В отличие от антиретровирусных препаратов, он не направлен на уничтожение специфического вируса — он является частью иммунной системы и защищает клетки от проникновения в них ВИЧ. А значит, даже если вирус мутирует, такая защита может оставаться эффективной.

«Наше открытие не приведет к разработке вакцины от ВИЧ, потому что мы сконцентрировались на собственном иммунитете организма, а не на вирусе. Возможно, однажды на основе этого белка ученые создадут лекарство, которое, как и современные препараты, нужно будет принимать всю жизнь. Но новая терапия имеет шанс стать более эффективной — вирусу будет сложнее противостоять собственным защитным силам организма», — говорит профессор Хуанг.

Роборука-сурдопереводчик

Студенты из Антверпенского университета создали роботизированную руку, которая может переводить речь в язык жестов. Она поможет создать более доступную среду для глухонемых людей, считают разработчики.

Робопереводчика назвали Aslan. Один из его создателей, Стийн Хьюис, говорит, что идея проекта пришла к его команде, когда они задумались о нехватке сурдопереводчиков в Бельгии — особенно для фламандского диалекта, на котором говорят в Антверпене. А что делать глухонемому человеку, если ему нужно пойти на судебное заседание или на лекцию, а переводчик недоступен?

Команда студентов создала доступную альтернативу сурдопереводчику. Роборуку Aslan собрали из 25 частей, напечатанных на 3D-принтере. Затем ее научили распознавать и переводить на язык жестов буквы и цифры.

Конечно, в работе сурдопереводчика задействованы не одна рука, а две — некоторые жесты выполняются обеими руками — а также выражение лица. Поэтому в текущей версии Aslan не может считаться полноценной заменой живого переводчика. Но разработчики продолжат свое дело — на следующем этапе они планируют создать вторую руку и роботизированное лицо, способное передавать эмоции.