В подборке самых интересных научных новостей недели:
Алгоритм научился декодировать звуковые образы в мозгу человека
Солнечный аккумулятор на основе полимеров
Опасная бактерия, живущая в холодильниках
Забытый город скотоводов в предместьях Йоханнесбурга
Впервые ученым удалось преобразовать сигналы человеческого мозга в речь.
Это эпохальное событие открывает новые возможности в области создания интерфейса "компьютер-человек".
Основным элементом проведенных экспериментов стал новый алгоритм искусственного интеллекта, который сравнивает поступающие речевые сигналы с электрохимической активностью головного мозга, а затем преобразует полученную информацию в речь, которая имеет смысл для слушающего.
Ученым уже сравнительно давно известно, что при речевой активности (и даже в тех случаях, когда мы думаем, что говорим, или видим сны, в которых что-то произносим), в мозгу активируются речевые центры. В данном случае компьютерная система научилась декодировать сигналы мозга, а не реальные мысли, но при этом отмечается, что в будущем она сможет делать и это.
"Речь дает нам средство связи с друзьями, близкими и окружающим миром - вот почему утрата способности говорить из-за травмы или болезни является таким несчастьем", - говорит Нима Месгарани, член группы исследователей Колумбийского университета в Нью-Йорке.
"Опираясь на новые данные, мы получили потенциальное средство восстановления способности говорить. Мы показали, что при помощи компьютерной системы можно трансформировать сигналы мозга в речь, понятную людям".
Использованный алгоритм называется вокодером. Это тот же тип алгоритма, который используется для синтезирования речи после её анализа.
Версии этого алгоритма уже сейчас широко используются в таких системах распознавания речи, как Siri и Amazon Alexa, но в данном случае вокодер анализировал не реальную человеческую речь, а активность нейронов в слуховых центрах человеческого мозга, измеряемую у пациентов, которые перенесли операции на мозге. Они слушали отдельные фразы, которые им зачитывались, а датчики активности головного мозга записывали ответные сигналы.
Для начала пациентам зачитывали цифры от 0 до 9. Считанные в их мозге сигналы затем были воспроизведены алгоритмом вокодера и обработаны системой искусственного интеллекта. Оказалось, что сгенерированные на основании этого анализа звуки речи весьма близки к оригиналу.
"Мы поняли, что люди могут понимать и воспроизводить такие звуки примерно в 75% случаев, что намного превышает результаты предшествующих экспериментов, - рассказывает Месгарани. - Чувствительный декодер и мощные нейронные вычислительные сети воспроизводили звуки, которые первоначально слышали пациенты, с удивительной точностью".
В недалеком будущем должны появиться системы, которые позволят людям, по разным причинам утратившим возможность говорить, генерировать понятную речь.
Например, люди, перенесшие тяжелые формы инсульта или больные амиотрофическим склерозом, как покойный Стивен Хокинг, часто вынуждены пользоваться синтезаторами речи, которые действуют по иному принципу и не обладают такими возможностями.
Статья об этом опубликована в журнале Scientific Reports.
Ученые создали жидкость, способную аккумулировать солнечную энергию и хранить ее длительное время.
Известно, что солнечная энергетика имеет один большой недостаток - энергию солнца нельзя запасти впрок. До сих пор не удается создать экономичный и эффективный метод сбора и хранения солнечной энергии, какой бы дешевой и доступной она ни была.
Однако за минувший год появились признаки того, что шведским ученым удалось добиться серьезных результатов в разработке совершенно нового подхода к решению проблемы хранения тепловой энергии солнца.
Группа ученых из Технологического университета Чалмерса в Швеции опубликовали серию из четырех статей, в которых они описывают созданную ими жидкость, способную запасать солнечную энергию.
Молекулы этой полимерной жидкости состоят из атомов углерода, водорода и азота. При облучении жидкости солнечным светом эти молекулы ведут себя необычным образом: связи между атомами меняются и молекула превращается в свой изомер, запасая энергию в своей новой форме.
Эта энергия из-за новых сильных связей между атомами молекулы сохраняется в течение длительного времени, даже когда сама жидкость уже остыла до комнатной температуры.
Когда эта энергия потребуется - скажем, в ночное время или зимой, - жидкость прокачивается через специальный катализатор, который возвращает её молекулы в первоначальное состояние, высвобождая при этом энергию в форме тепла.
"Энергия в таком изомере может храниться многие годы, до 18 лет", - говорит один из исследователей, специалист по наноматериалам Каспер Мот-Пулсен из университета Чалмерса.
Прототип новой системы, размещенный на крыше университета, показал отличные результаты, преобразуя солнечную энергию в тепловую.
Он напоминает по устройству привычные солнечные панели, но вместо носителя тепла используется жидкость из молекул полимера норборнадиена, которая под воздействием концентрированных солнечных лучей превращается в изомер квадрициклан. Затем изомерная жидкость хранится при комнатной температуре с минимальными потерями энергии.
При контакте с металлическим катализатором эта жидкость трансформируется обратно в полимер, нагреваясь при этом до температуры в 63 градуса Цельсия.
Исследователи воспроизвели этот цикл более 125 раз и не заметили существенного снижения эффективности молекул.
Ученые утверждают, что их система способна сейчас аккумулировать 250 ватт в час на каждый килограмм жидкости, что вдвое превышает емкость известных батарей фирмы Tesla типа Powerwall.
Более того, исследователи уверены, что в будущем смогут поднять температуру разогрева жидкости до 110 градусов Цельсия.
По их мнению, эти системы, которые уже сейчас привлекают внимание инвесторов, достигнут стадии коммерческого использования в ближайшие 10 лет.
Надо сказать, что химическая природа этого явления известна уже довольно давно и имеется ряд российских и других публикаций, которые описывают её.
Нам всем хорошо известно, что продукты нельзя долго хранить даже в холодильнике, особенно мясо и рыбу. Однако растет число свидетельств, что мало известная ранее бактерия Bacillus cereus, широко распространенная в окружающем мире, представляет особую опасность для человека, заражая продукты питания, богатые углеводами.
"Эта бактерия обитает в самых разных условиях: в почве, в тканях животных, насекомых, в пыли и в растениях, - рассказывает Анукрити Матур, биотехнолог из Австралийского национального университета. - Она легко размножается в питательной среде, особенно в рисе, молочных продуктах и овощах".
Некоторые штаммы этой бактерии используются при производстве ферментированных и кисломолочных продуктов питания, однако другие могут приводить к тяжелым формам пищевых отравлений и даже к смерти.
В 2005 году был описан подобный случай, когда пятеро детей в одной семье заболели после употребления салата из макарон, пролежавшего в холодильнике четыре дня. Младший ребенок тогда умер, другие перенесли печеночный криз, но выжили.
В последнее время растет число случаев таких инфекций, но они часто остаются неисследованными из-за сравнительно легкого их течения.
Впрочем, заболевшему это заражение не кажется "легким": оно сопровождается рвотой, высокой температурой, общей интоксикацией, и в отдельных случаях приводит к серьезному повреждению функций печени.
Особенно опасны эти бактерии для беременных женщин, младенцев, людей с ослабленной иммунной системой.
Бактерия B. cereus вырабатывает опасные токсины, которые поступают в кровь. Некоторые из этих токсинов устойчивы к температурам, которые создаются в стандартной микроволновой печи.
Например, рвотный токсин, известный врачам, способен выдерживать в течение 90 минут нагрев до 121 градусов Цельсия.
"Наша иммунная система распознает этот токсин - гемолизин типа BL, выделяемый бактерией B. Cereus, и реагирует на него, создавая антитела, которые вызывают воспаление", - говорит Матур.
По её словам, этот токсин разрушает клеточные мембраны, вызывая смерть клеток и сильное воспаление. Ученые исследуют сейчас методы снижения активности этого токсина и сокращения интенсивности воспалительной реакции на него.
Но самое главное - помнить, что биохимики и гастроэнтерологи уже давно обращают внимание на то, что сваренный рис, макароны и другие углеводы не рекомендуется более суток хранить в холодильнике - даже при длительном разогреве в них могут оставаться активные бактерии и токсины.
Статья об этом появилась недавно в журнале Nature Microbiology.
То, что казалось развалинами нескольких старых каменных хижин неподалеку от Йоханнесбурга, на деле оказалось руинами древнего города, в котором жили тысячи людей.
Южноафриканские археологи обнаружили с помощью лидаров (лазерных дальномеров) крупное поселение, в котором были сотни домов, торговые пути и базарные площади.
Этот город под названием Квененг был заброшен около двух столетий назад. Он был столицей народности цвана и имел население более 10 тысяч человек.
"Мы знаем очень мало о доколониальном периоде истории ЮАР, так как у нас нет письменных источников, - говорит Ферн Имбали Сиксвана, археолог из университета Витватерсранда, который участвовал в поисках города. - Использование лидаров помогло нам заполнить очередную лакуну в истории страны".
Эта та самая техника, которая в начале прошлого года помогла обнаружить затерянный город майя .
Облучая лазерными импульсами западные склоны холмов Суйкербосранд близ Йоханнесбурга, археологи сумели различить под покровом густой растительности следы старинного города.
Он располагался на площади 20 кв. км и процветал в период с XV по XIX век. Весь город пересекали каменные стены, которые похожи на пути перегона скота к базарным площадям.
В центре Квененга обнаружены руины двух крупных краалей, в которых, судя по всему, держали около тысячи коров и быков.
Но как и в случае с другими городами кочевников-скотоводов народности цвана, этот город пришел в запустение в результате межплеменного конфликта, о котором мало что известно. Историки знают лишь то, что фатальный конфликт произошел незадолго до появления в этом районе голландских переселенцев.
