Учёные приручили вихри Джозефсона

https://22century.ru/chemistry-physics-matter/81424

https://22century.ru/?p=81424

Физики из МФТИ показали возможность локального управления Джозефсоновскими вихрями. Открытие может быть востребовано в сверхпроводящих устройствах квантовой электроники, в будущих квантовых процессорах. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Джозефсоновский вихрь — это вихрь токов, возникающий в системе из двух сверхпроводников, разделённых слабой связью (диэлектриком, нормальным металлом и др.) в присутствии внешнего магнитного поля. В 1962 году Джозефсон предсказал эффект протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой изолятора, разделяющий два сверхпроводника. Такой ток назвали джозефсоновским током, а такое соединение сверхпроводников — джозефсоновским контактом. Между двумя сверхпроводниками через диэлектрик или металл, не являющийся сверхпроводником, образуется связь, называемая слабой, и устанавливается макроскопическая квантовая когерентность. Когда эту систему помещают в магнитное поле, сверхпроводники магнитное поле выталкивают. Чем большее магнитное поле прикладывается, тем больше сверхпроводимость сопротивляется проникновению магнитного поля в джозефсоновскую систему. Однако слабая связь — это место, в которое поле может проникнуть в виде отдельных джозефсоновских вихрей, несущих квант магнитного потока. Вихри Джозефсона часто рассматриваются как настоящие топологические объекты, 2π-фазовые сингулярности, наблюдение и манипулирование которыми достаточно сложно.

Учёные из лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ решили применить магнитно-силовой микроскоп (МСМ) для изучения джозефсоновских вихрей в системе из двух сверхпроводящих контактов из ниобия и прослойки из меди (Nb/Cu/Nb), играющей роль слабой связи.

Василий Столяров, ведущий научный сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ говорит: «Мы показали, что в планарных (плоских) контактах «сверхпроводник — нормальный металл — сверхпроводник» джозефсоновские вихри имеют своеобразный отпечаток. Он был обнаружен при проведении магнитно-силовой микроскопии таких структур. Основываясь на этом открытии, мы продемонстрировали возможность локальной генерации джозефсоновского вихря и манипулирования им магнитным кантилевером микроскопа. Наше исследование — это ещё один шаг к созданию будущих сверхпроводящих квантовых вычислителей».

Разнообразие сверхчувствительных сверхпроводящих устройств, кубитов и архитектур для квантовых вычислений быстро растёт. Ожидается, что устройства сверхпроводящей квантовой электроники в ближайшем будущем бросят вызов обычным полупроводниковым устройствам. Джозефсоновские контакты являются строительными блоками подобных устройств.

Экспериментальная установка: ниобий Nb (синий), медь Cu (оранжевый). Эллипс отмечает область Джозефсоновского перехода. Игла магнитно-силового микроскопа с магнитным покрытием из Co/Cr колеблется пьезоэлементом (dither); оптоволокно используется для считывания колебаний.
Экспериментальная установка: ниобий Nb (синий), медь Cu (оранжевый). Эллипс отмечает область Джозефсоновского перехода. Игла магнитно-силового микроскопа с магнитным покрытием из Co/Cr колеблется пьезоэлементом (dither); оптоволокно используется для считывания колебаний.

Василий Столяров добавляет: «Визуализировать джозефсоновские вихри достаточно сложно, поскольку они плохо локализованы. Мы нашли способ измерять диссипацию, возникающую при рождении/уничтожении такого вихря в области слабой связи. Диссипация — это небольшое выделение энергии. В нашем случае выделение энергии происходит при движении вихря в планарном джозефсоновском контакте. Таким образом, при помощи нашего магнитно-силового микроскопа мы хорошо детектируем не только статический магнитный портрет сверхпроводящей структуры, но и динамические процессы в ней».

Детектирование Джозефсоновских вихрей. (a) — топографическое изображение структуры, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии. (b-с) — магнитно-силовые изображения фазового контраста (измерялось изменение фазы колебаний кантилевера). (b) — образец был охлаждён во внешнем магнитном поле 90 Э. Небольшие отдельные белые кружки — вихри Абрикосова. (c) — приложено магнитное поле 90 Э после того, как образец был охлаждён в нулевом внешнем магнитном поле. В окрестности перехода появилось несколько чёрных колец, говорящих о резком падении фазы колебания иглы, когда она находится в определённых местах. (d) — в нулевом внешнем магнитном поле. Видны несколько колец, демонстрирующих влияние собственного магнитного поля иглы на структуру. (e) — распределение фазового сигнала вдоль линии, показанной красной стрелкой на (d). Каждое падение фазы определяет границы между разными конфигурациями с разным числом Джозефсоновских вихрей n=0, 1, 2.  (f) — зависимость фазы колебаний иглы от её высоты над поверхностью, когда игла находится над центром структуры.
Детектирование Джозефсоновских вихрей. (a) — топографическое изображение структуры, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии. (b-с) — магнитно-силовые изображения фазового контраста (измерялось изменение фазы колебаний кантилевера). (b) — образец был охлаждён во внешнем магнитном поле 90 Э. Небольшие отдельные белые кружки — вихри Абрикосова. (c) — приложено магнитное поле 90 Э после того, как образец был охлаждён в нулевом внешнем магнитном поле. В окрестности перехода появилось несколько чёрных колец, говорящих о резком падении фазы колебания иглы, когда она находится в определённых местах. (d) — в нулевом внешнем магнитном поле. Видны несколько колец, демонстрирующих влияние собственного магнитного поля иглы на структуру. (e) — распределение фазового сигнала вдоль линии, показанной красной стрелкой на (d). Каждое падение фазы определяет границы между разными конфигурациями с разным числом Джозефсоновских вихрей n=0, 1, 2. (f) — зависимость фазы колебаний иглы от её высоты над поверхностью, когда игла находится над центром структуры.

Авторы работы показали способ дистанционной генерации, детектирования и манипулирования джозефсоновскими вихрями в планарных джозефсоновских переходах с использованием низкотемпературного магнитно-силового микроскопа.

При определённых параметрах (местоположение зонда, температура, внешнее магнитное поле, электрический ток через образец) учёные наблюдали особый отклик кантилевера микроскопа. Это сопровождалось появлением резких колец/дуг на изображениях.

Исследователи идентифицировали эти особенности как точки бифуркации между соседними джозефсоновскими состояниями, характеризующиеся различным числом или положением джозефсоновских вихрей внутри перехода. Процесс сопровождается обменом энергии кантилевера с образцом в точках бифуркации и демонстрирует, что магнитно-силовой микроскоп может предоставить уникальную информацию о состоянии вихря Джозефсона.

Ожидается, что результаты работы послужат толчком для разработки новых, основанных на открытии авторов методов локальной бесконтактной диагностики и управления современными сверхпроводящими устройствами и сверхпроводниковой квантовой электроникой.

Нейросеть определяет, что видит человек, по показаниям энцефалограммы

https://22century.ru/computer-it/81418

https://22century.ru/?p=81418

Исследователи российской ГК «Нейроботикс» («Нейроассистивные технологии») и Лаборатории нейроробототехники МФТИ научились воссоздавать по электрической активности мозга изображения, которые человек видит в данный момент. Это позволяет создавать новый тип устройств для постинсультной реабилитации, управляемых сигналами мозга. Препринт работы доступен на bioRxiv.

Для развития методов лечения когнитивных нарушений, постинсультной реабилитации и создания устройств, управляемых мозгом, необходимо понять, как мозг кодирует информацию. Ключевая задача для понимания принципов его работы — исследование активности, возникающей при визуальном восприятии. Все существующие решения в области распознавания изображений по сигналам мозга используют функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) или анализ сигнала, получаемого непосредственно с нейронов. Особенности этих методов ограничивают их применение в клинической практике и повседневной жизни. Интерфейс «мозг — компьютер», созданный командой учёных из МФТИ и «Нейроботикс», напротив, использует электроэнцефалограмму (далее ЭЭГ), снимаемую с поверхности головы, и нейросети. Эта разработка с помощью ЭЭГ в режиме реального времени реконструирует кадры из видео, которое смотрит человек.

Владимир Конышев, руководитель лаборатории нейроробототехники МФТИ, поясняет: «Работа ведётся в рамках проекта „Ассистивные технологии“ НейроНет НТИ, в котором ключевую роль играет интерфейс „мозг — компьютер“, используемый для управления экзоскелетом руки при реабилитации после инсультов, а также для управления электроколяской парализованными людьми. Конечная цель работы — увеличить точность нейроуправления при его использовании не только пациентами, но и здоровыми людьми».

Эксперимент состоял из двух частей. В первой части исследователи произвольно выбрали пять разных категорий роликов с YouTube: «абстракции», «водопады», «лица людей», «скорость» — видеосъёмку от первого лица гонок на снегоходах, водных мотоциклах, ралли — и «движущиеся механизмы», которые показывали испытуемым, записывая при этом ЭЭГ. Ролики длились по 10 секунд, в сумме вся сессия записей у каждого испытуемого составляла 20 минут.

В этой части эксперимента учёным удалось доказать, что частотные характеристики волновой активности (спектры) ЭЭГ для разных категорий видеороликов достоверно различаются. Это позволило анализировать реакцию мозга на видеоролики в режиме реального времени.

Для второй части эксперимента были произвольно выбраны три категории из вышеперечисленных видео. Специалисты разработали две нейросети, одна из которых генерировала произвольные изображения этих же категорий из «шума», а вторая — создавала похожий «шум» из ЭЭГ. Затем авторы работы обучили эти нейросети работать совместно так, чтобы по записанному сигналу ЭЭГ создавались кадры, похожие на те, которые видели люди в момент записи.

Для проверки испытуемым показали совершенно новые видео тех же категорий, снимая при этом ЭЭГ и в реальном времени отправляя её на нейросети. Нейросети хорошо справились и с этой задачей: создавали реалистичные кадры, по которым в 90% случаев можно было определить категорию видео.

Реконструирование изображений. Слева кадр видеоролика, который показывали испытуемому, справа — воссозданный нейросетью по ЭЭГ. Источник: Григорий Рашков
Реконструирование изображений. Слева кадр видеоролика, который показывали испытуемому, справа — воссозданный нейросетью по ЭЭГ. Источник: Григорий Рашков.

Видео с результатами эксперимента выложены в свободный доступ.

«Энцефалограмма — следовой сигнал от работы нервных клеток, снимаемый с поверхности головы. Раньше считалось, что исследовать процессы в мозге по ЭЭГ  — это все равно, что пытаться узнать устройство двигателя паровоза по его дыму, — говорит Григорий Рашков, один из авторов работы, младший научный сотрудник МФТИ и программист-математик компании «Нейроботикс». — Мы не предполагали, что в ней содержится достаточно информации, чтобы хотя бы частично реконструировать изображение, которое видит человек. Однако оказалось, что такая реконструкция возможна и демонстрирует хорошие результаты. Более того, на её основе даже можно создать работающий в реальном времени интерфейс „мозг — компьютер“. Это очень обнадёживает. Сейчас создание инвазивных нейроинтерфейсов, о которых говорит Илон Маск, упирается в сложность хирургической операции и то, что через несколько месяцев из-за окисления и естественных процессов они выходят из строя. Мы надеемся, что в будущем сможем сделать более доступные нейроинтерфейсы, не требующие имплантации».

Новый метод исследования нейронных связей помог объяснить, как яркий свет влияет на засыпание

https://22century.ru/biology-and-biotechnology/81420

https://22century.ru/?p=81420

В последние десятилетия учёные выяснили много нового о том, как различные нейроны связываются и посылают друг другу сигналы. Но было трудно проследить активность отдельных нервных волокон, аксонов, способных тянуться от кончика пальца ноги до головы. Понимание работы этих связей важно для определения того, как мозг получает сигналы от других частей тела и реагирует на них.

Исследователи из Института Солка (Salk Institute) и Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego) сообщают о новом методе отслеживания этих связей и определения, как нейроны взаимодействуют. Группа учёных использовала эту методику, чтобы узнать подробности того, как мозг реагирует на световые сигналы, получаемые сетчаткой глаза мышей. Результаты эксперимента были опубликованы в Cell Reports.

«Данное исследование — это прорыв, раньше никто не мог понять, как исследовать эти связи, — говорит профессор Сатчидананда Панда (Satchidananda Panda), соавтор статьи. — Новая техника позволила нам выйти далеко за пределы ограничений электронной микроскопии».

Разработанный учёными подход использует несколько различных лабораторных методов для определения нейронов одного конкретного типа — внутренних светочувствительных нервных клеток сетчатки глаза (ipRGCs). Эти клетки находятся в сетчатке глаза, экспрессируют белок под названием меланопсин, чувствительный к синему свету.

Команды Института Солка и Калифорнийского университета в Сан-Диего использовали вирус для доставки белка, генерирующего мини-синглетный кислород (miniSOG) в ipRGCs, чтобы клетки можно было подробнее рассмотреть под выборочной микроскопией. Система была разработана для привязки miniSOG к мембранам светочувствительных клеток, чтобы весь нейрон, включая длинные аксоны, доходящие до различных частей мозга, можно было легко отследить как под световым, так и под электронным микроскопом.

«Благодаря разработке и применению новых генетически модифицированных зондов для коррелированной многомерной свето- и электронной микроскопии, команды исследователей из Института Солка и Калифорнийского университета в Сан-Диего смогли проследить за процессами, происходящими на расстоянии нескольких сантиметров от нервных клеток, от сетчатки до нескольких мест, где они соединяются с участками мозга, ответственными за циркадные ритмы, зрачковый рефлекс и зрение, — говорит Марк Эллисман (Mark Ellisman), профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего. — Мы смогли получить беспрецедентную трёхмерную информацию о механизме, необходимом для того, чтобы нейронные клетки сигнализировали последующим нейронам в сложных цепях».

Большая часть предшествующей работы с miniSOG была выполнена в клеточных линиях, но использование их в исследованиях на мышах, чтобы обозначить, как нейроны из сетчатки прокладывают путь в мозг, согласно исследователям, было проделано впервые. Метод позволил получить новую информацию о связях между ipRGC и различными частями мозга.

Известно, что ipRGC связаны с множеством областей мозга, регулирующих различные задачи. Клетки сообщают одной части мозга, насколько светло снаружи, чтобы зрачок мог закрыться менее чем за секунду. ipRGC также подключаются к главным часам в мозгу, регулирующим наш цикл сна и бодрствования. «Однако чтобы мы полностью проснулись, требуется несколько минут яркого света, — говорит Панда. — До сих пор не ясно, как одни и те же ipRGC выполняют совершенно разные задачи с разным масштабом времени».

Исследователи обнаружили, что разница связана с тем, как свет, определяемый сетчаткой, попадает в мозг. Внедрив ipRGC в глаза мышей, они смогли отследить сигнал в часть мозга, отвечающую за сужение зрачка в ответ на свет.

«Эти соединения достаточно сильные, они как напор воды, вытекающей из садового шланга, — говорит Панда. — В то время как связь между ipRGC и основными часами слабее и больше похожа на капельное орошение». Поскольку ipRGC передают световой сигнал в циркадный центр посредством более медленной системы, требуется больше времени для получения значимой информации и сброса внутренних часов в мозгу.

«Наше исследование помогает объяснить, почему, когда вы ночью встаёте, чтобы выпить воды и включаете свет на несколько секунд, обычно, вы можете снова заснуть, — говорит Панда. — Но если вы услышите шум и будете ходить по дому полчаса при включённом свете, заснуть будет намного сложнее. Светового сигнала, достигающего основных нейронов, связанных с часами в мозгу, будет достаточно, чтобы пробудить остальную часть мозга».

Панда говорит, что новая методика будет полезна для изучения других нейронных связей, так как исследователи могут использовать практически одни и те же вирусы для экспрессии miniSOG в любом нейроне и выяснять, как различные нейроны соединяются с различными придатками.

«Эти результаты и методы открывают новые возможности для исследователей мозга, изучающих отдалённые связи в мозгу в различных моделях заболеваний человека», — добавляет Эллисман.

Владельцы собак живут дольше

https://22century.ru/medicine-and-health/81409

https://22century.ru/?p=81409

Согласно исследованию и метаанализу, опубликованному в журнале Circulation: Cardiovascular Quality and Outcomes, у хозяев собак дольше жизнь и лучше состояние сердечно-сосудистой системы, особенно у тех, кто пережил инфаркт или инсульт и живут одни (в сравнении с людьми, перенёсшими то же самое, но не держащими дома собаку).

«Результаты двух исследований основаны на выводах Американской кардиологической ассоциации (American Heart Association), они изложены в научном отчёте «Владение животными и риск сердечно-сосудистых заболеваний». Содержание собаки в качестве домашнего питомца связано со снижением факторов, способствующих риску сердечно-сосудистых осложнений и патологическим состояниям, способным приводить к повреждению миокарда, — говорит Гленн Левайн (Glenn N. Levine), председатель группы по составлению этого отчёта. — Кроме того, исследования указывают на то, что у владельцев собак снижается смертность не только от заболеваний сердца, но и от любых причин. Хотя нерандомизированные исследования не могут доказать, что собаки-питомцы приводят к снижению смертности, но данные говорят об этом».

Учитывая предыдущие исследования, показывающие, как социальная изоляция и отсутствие физической активности негативно влияют на пациентов, в рамках нового исследования и метаанализа учёные пытались определить, как именно собаки влияют на состояние здоровья хозяина. Предварительные исследования показали, что уменьшается социальная изоляция, улучшается физическая активность и снижается кровяное давление. По мнению исследователей, это может приводить к лучшему функционированию сердечно-сосудистой системы по сравнению с таковым у тех, у кого нет собаки.

В рамках данного исследования учёные сравнили состояние здоровья владельцев собак и тех, у кого собак нет, после инфаркта или инсульта, используя данные о состоянии здоровья, предоставленные Шведским национальным реестром пациентов. В исследовании принимали участие жители Швеции в возрасте 40—85 лет, перенёсшие инфаркт или ишемический инсульт в 2001—2012 годах.

По сравнению с людьми, у которых не было собаки, исследователи обнаружили у владельцев собак следующее:

  • Риск смерти для одиноких пациентов, перенёсших инфаркт миокарда, был на 33 % ниже, а для тех, кто живёт с партнёром или ребёнком, на 15 % ниже.
  • Риск смерти для одиноких пациентов, перенёсших инсульт, был на 27 % ниже, и на 12 % ниже для тех, кто живёт с партнёром или ребёнком.

В исследовании было зарегистрировано почти 182000 человек с инфарктом, 6 % были владельцами собак, почти 155000 человек с ишемическим инсультом, из них 5 % были владельцами собак.

Более низкий риск смерти, связанный с владением собакой, можно объяснить увеличением физической активности, снижением депрессии и одиночества.

«Мы знаем, что социальная изоляция является сильным фактором риска для ухудшения состояния здоровья и преждевременной смерти. Предыдущие исследования показали, что владельцы собак испытывают меньшую социальную изоляцию и больше взаимодействуют с другими людьми, — сказала профессор Уппсальского университета (швед. Uppsala universitet) Тове Фалль (Tove Fall). — Кроме того, содержание собаки является хорошей мотивацией для физической активности, это важный фактор реабилитации и психического здоровья».

Несмотря на то, что данное исследование основывается на большой выборке, классификация владельцев, живущих с партнёром, потенциально некорректная, поскольку смерть собаки или смена владельца могла повлиять на результаты исследования.

«Результаты свидетельствуют о положительном влиянии собаки на пациентов, перенёсших инфаркт или инсульт. Однако необходимы дополнительные исследования, подтверждающие причинно-следственные связи для того, чтобы давать рекомендации завести собаку для профилактики. Более того, с точки зрения благополучия животных, собаки должны приобретаться только теми, кто чувствует, что обладает возможностью и знаниями для того, чтобы обеспечить питомцу хорошую жизнь».

Исследователи проанализировали данные о 3,8 миллионе пациентов, взятых из 10 отдельных исследований для проведения комплексного метаанализа. Из 10 проверенных исследований в 9 сопоставлялась смертность по любым причинам у владельцев собак и у тех, у кого их нет, в четырёх сравнивались свойства сердечно-сосудистой системы у тех, у кого есть собака и тех, у кого нет.

Исследователи обнаружили, что по сравнению с теми, у кого нет собак, у владельцев животных наблюдались:

  • на 24 % сниженный риск смертности от любых причин,
  • на 65 % снижение риска смерти после инфаркта,
  • на 31 % снижение риска смерти от сердечно-сосудистых заболеваний.

«Наличие собаки связано с увеличением физических нагрузок, снижением кровяного давления и уровня холестерина в предыдущих отчётах, — говорит Кэролайн Крамер (Caroline Kramer), соавтор исследования. — Таким образом, можно ожидать, что люди, у которых были собаки, будут жить дольше, и риск сердечно-сосудистой смерти у них также будет ниже».

Исследования, которые считались подходящими для анализа, включали в себя исследования, проведённые среди взрослых людей старше 18 лет, оригинальные данные из первоначального проспективного исследования, оценку владения собакой в начале исследования и сообщали о смертности пациентов от всех причин или сердечно-сосудистых заболеваний. Из анализа исключались ретроспективные исследования, не предоставившие абсолютного числа произошедших событий и сообщившие о нелетальных сердечно-сосудистых состояниях.

«Результаты анализа говорят о том, что владельцы собак живут дольше. Но мы не исследовали улучшение физической формы или ведение здорового образа в целом, возможно, связанные с владением собакой. Однако, результаты очень позитивные, — говорит доктор Крамер. — Следующий шаг — интервенционное исследование для оценки сердечно-сосудистой системы после того, как человек берёт собаку, а также социальных и психологических преимуществ владения собакой. Как хозяйка собаки я могу сказать, что когда я взяла Ромео, моя физическая активность начала увеличиваться с каждым днём, и мои будни наполнились радостью и безоговорочной любовью».

Галактическое краеведение

https://22century.ru/scientific-and-technological-activities/vibe-21-okt

https://22century.ru/?post_type=notes&p=81401

Что и как человечество смогло узнать о Солнечной системе и Галактике за последние годы? Какие объекты летают на дальних окраинах Солнечной системы? Какие звёзды нас окружают и чем заполнено пространство между ними?

Обо всём этом расскажет Дмитрий Вибе.

Лектор:
Дмитрий Зигфридович Вибе, доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН.

Регистрация: https://lectory.m24.ru/announcement/848

Болезнь Альцгеймера и всё о ней

https://22century.ru/scientific-and-technological-activities/loseva-18-okt

https://22century.ru/?post_type=notes&p=81340

Просмотрите статьи по медицине за последние несколько лет. Болезнь Альцгеймера занимает второе место по популярности, уступая только раку. Что это за болезнь? Почему о ней столько говорят? Как с ней борются и как с ней не встретиться?

На эти и не только вопросы вам ответит лектор Полина Лосева.

Лектор:
Полина Андреевна Лосева, выпускница биологического факультета МГУ, научный журналист, популяризатор науки; научный обозреватель портала «Чердак», лектор фонда «Эволюция» и проекта LevelOne, победитель конкурсов Tech-in-media и Био/мол/текст в 2017 и 2018 годах. Специалист в области физиологии человека и клеточной биологии.

Лекция бесплатная, но требуется предварительная регистрация.

Фильм «День антрополога Дробышевского» будет!

https://22century.ru/society/81395

https://22century.ru/?p=81395

Вышел на финишную прямую проект по сбору денег на создание фильма о Станиславе Дробышевском. Цель — показать день (или несколько разных дней: день в полях и в лаборатории) из жизни одного из самых популярных российских учёных в формате документального фильма.

Автор и режиссёр будущего фильма — известный российский документалист Дмитрий Завильгельский.</p>

Его научно-популярные и документальные фильмы про жизнь учёных и их работу известны многим: «Когда-то мы были звёздами», «В ожидании волн и частиц», «Диссернет. Эволюция альтруизма», «Измеритель удачи» и другие.

До конца проекта — 18 дней. Собрано более 680 тысяч рублей — и это значит, что фильм будет снят. Но ещё есть смысл поучаствовать — в качестве вознаграждения участникам проекта предлагаются интересные книги и множество иных любопытных вещей.

Подробнее здесь: https://planeta.ru/campaigns/drobychevski/updates!post101380

Аспирин может снизить вред от загрязнения воздуха

https://22century.ru/medicine-and-health/81381

https://22century.ru/?p=81381

Нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП), например, аспирин, могут снизить негативное воздействие загрязнения воздуха на функцию лёгких. Команда исследователей из Школы общественного здравоохранения имени Мэйлмана, Колумбийского университета (Columbia Mailman School of Public Health), Гарвардской школы общественного здоровья им. Т.Х. Чана (Harvard Chan School of Public Health) и медицинского факультета Бостонского университета (Boston University School of Medicine) опубликовала результаты работы на эту тему в American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine.

Учёные проанализировали результаты исследования лёгочной функции у подгруппы из 2280 ветеранов-мужчин из пригородов Бостона. Исследователи выявили взаимосвязь между этими результатами, использованием НПВП и взвешенными твёрдыми частицами и техническим углеродом в воздухе в течение месяца, предшествующего исследованию, и учли целый ряд факторов, включая состояние здоровья испытуемого и то, курил он или нет. Учёные выяснили, что использование какого-либо НПВП почти вдвое уменьшило влияние взвешенных твёрдых частиц на функцию лёгких, при этом взаимосвязь была одинаковой при всех четырёх измерениях загрязнения воздуха за период от одного дня до 28 дней до проведения анализа функции лёгких.

Поскольку большинство людей из исследуемой группы принимали аспирин, исследователи утверждают, что наблюдаемый эффект в большой степени связан с ним, но добавляют, что эффект НПВП заслуживает дальнейшего изучения. Хотя механизм действия неизвестен, учёные предполагают, что НПВП уменьшают воспаление, вызванное загрязнением воздуха.

«Наши результаты показывают, что аспирин и другие НПВП могут защитить лёгкие от кратковременных всплесков загрязнения воздуха, — говорит Сюй Гао (кит. 高旭, англ. Xu Gao), соавтор исследования. — Конечно, всё ещё важно минимизировать воздействие загрязнения воздуха на нас, ведь оно связано с целым рядом негативных последствий для здоровья, от рака до сердечно-сосудистых заболеваний».

«Несмотря на то, что политика в области охраны окружающей среды способствовала значительному прогрессу в снижении общего воздействия загрязнения воздуха, даже в местах с низким уровнем загрязнения воздуха кратковременные всплески всё ещё являются обычным явлением», — говорит ведущий автор Андреа Баккарелли (Andrea Baccarelli).

Предыдущее исследование команды показало, что витамины группы B также могут играть определённую роль в снижении воздействия загрязнения воздуха на здоровье.

Недорогой способ спасти пациентов с черепно-мозговой травмой

https://22century.ru/medicine-and-health/81368

https://22century.ru/?p=81368

В «Ланцете» (The Lancet) опубликована статья, в которой сообщается о результатах крупного исследования, направленного на улучшение протокола лечения пациентов с черепно-мозговыми травмами. Оказалось, что транексамовая кислота, введённая в течение первых трёх часов после травмирования, снижает смертность пациентов.

Лечебный эффект был наиболее сильным для пациентов с лёгкими и умеренными черепно-мозговыми травмами — и это означает снижение смертности на целых 20 % в зависимости от тяжести травмы. Но препарат не панацея — для тяжело пострадавших пациентов явной пользы от его использования не наблюдалось. В ходе исследования не было зафиксировано никаких признаков нежелательных побочных эффектов, не было отмечено и увеличения инвалидности среди выживших.

Ежегодно регистрируется около 69 миллионов черепно-мозговых травм. Для улучшения протокола лечения было проведено исследование, получившее название CRASH («говорящее» сокращение от Clinical Randomisation of an Antifibrinolytic in Significant Head Injury, клиническая рандомизация антифибринолитического препарата при значительной травме головы) — одно из крупнейших испытаний, когда-либо проводившихся в области неотложной помощи при травме головы. Пациенты были набраны в 175 больницах из 29 стран.

Кровотечение в головном мозге или около него из-за разрыва кровеносных сосудов — распространённое осложнение черепно-мозговой травмы. Часто это заканчивается смертью. Хотя сильно травмированные пациенты и не выиграют от лечения транексамовой кислотой, но оно поможет многим, ведь более 90 % случаев ЧМТ приходится на случаи лёгкой и средней степени тяжести.

Ян Робертс (Ian Roberts), профессор клинических испытаний в Лондонской школе гигиены и тропической медицины (London School of Hygiene & Tropical Medicine), соавтор исследования:

«Мы уже знаем, что быстрое введение транексамовой кислоты может спасти жизнь пациентов с угрожающим жизни кровотечением в груди или животе, таким, какое мы часто видим у жертв дорожно-транспортных происшествий, перестрелок или ножевых ранений. Новый, чрезвычайно захватывающий результат показывает, что раннее лечение с помощью транексамовой кислоты также сокращает смертность от травмы головы. Это важный прорыв — первый нейропротекторный препарат для пациентов с травмой головы.

Черепно-мозговая травма может произойти с кем угодно в любое время, будь то из-за инцидента, подобного автомобильной аварии или простого падения с лестницы. Мы считаем, что если наши методы будут широко реализованы, они повысят шансы людей, переживших травму головы, как в странах с высоким, так и в странах с низким уровнем дохода во всём мире».

Поскольку исследованный препарат предотвращает кровотечение, но не может отменить уже нанесённый ущерб, быстрое начало лечения имеет решающее значение. Данные исследования показали снижение эффективности терапии на 10 % на каждую 20-минутную задержку, что говорит о том, что пациенты должны получить лекарство как можно скорее после получения травмы.

Особенность иммунной системы коалы раскрывает секреты эволюции генома

https://22century.ru/medicine-and-health/81374

https://22century.ru/?p=81374

Исследование, проведённое совместно Медицинской школой Массачусетского университета (University of Massachusetts Medical School) и Квинслендским университетом (University of Queensland), выявило ранее неизвестный тип иммунной реакции у коалы.

Коалы используют особую систему генетической защиты — они борются с инфекцией с помощью ретровирусов. Эта система была обнаружена учёными, специализирующимися на ретровирусе коалы (KoRV-A). Подобный генетический ответ контролирует выработку вируса в зародышевой линии коалы. Механизм, ранее не замеченный учёными, похож на иммунный ответ, хорошо изученный у млекопитающих.

Ретровирусная инфекция зародышевой линии происходила многократно в процессе эволюции, но редко в масштабе между поколениями. Уильям Тюркауф (William Theurkauf), автор исследования, говорит: «Инфекция ретровирусом коалы (KoRV-A) зародышевой линии коалы происходит сейчас и позволяет взглянуть на эволюцию генома в реальном времени».

Инфицирование KoRV-A ассоциируется с синдромом иммунодефицита коалы (Koala Immune Deficiency Syndrome, KIDS), он делает коал более восприимчивыми к инфекциям и раку. Хотя вирус распространяется между отдельными животными (так называемая горизонтальная инфекция), он также инфицирует зародышевые клетки, производящие сперму и яйцеклетки, и передаётся в унаследованном геноме. В результате коалы рождаются с патогеном в составе генетического материала (вертикальная инфекция).

В процессе эволюции неоднократно случалось, что ретровирусы заражали зародышевую линию и в настоящее время они составляют 8 % генома человека. 20 000 генов, кодирующих белки, составляют лишь 1,5 % от 3 миллиардов нуклеотидов во всём геноме человека. Эндогенные ретровирусы, внедряясь в организм, могут способствовать развитию заболеваний, поскольку способны влиться в геном и дестабилизировать его. Однако генетические вторжения не лишены преимуществ. У млекопитающих ретровирусы используются в процессах, необходимых для нормального развития. Примечательно, что ген, необходимый для развития плаценты, получен из ретровирусного гена.

«То, что мы нашли у коал, это путь, пройденный каждым организмом на планете. Животные заражаются ретровирусами, попадающими в зародышевые клетки. Эти вирусы размножаются и внедряются в геном зародыша, изменяя организацию и функцию генома хозяина, и этот процесс продолжается до тех пор, пока хозяин не приручит захватчика. В конце этого инфекционного цикла хозяин меняется», — говорит Чжипин Вэн (кит. 翁志萍, англ. Zhiping Weng), соавтор исследования.

Хотя вирусная инфекция зародышевых клеток способствовала эволюции современных млекопитающих, вопрос о том, как клетки-хозяева реагируют на новый патоген, остаётся загадкой. «Ранее считалось, что уровень вирусных элементов контролировался только в процессе естественного отбора, — говорит Кит Чаппелл (Keith Chappell), ещё один соавтор исследования. — Теперь мы знаем, что внутри зародышевых клеток есть пути активного сопротивления захватчикам».

Результаты совместной работы учёных свидетельствуют о том, что зародышевые линии соединяют в последовательность «врождённые» и «адаптивные» иммунные реакции генома. Этот процесс аналогичен инфицированию организма вирусами или бактериями. Во-первых, врождённая иммунная система распознаёт общие черты, общие для многих патогенов, и не встречающиеся в клетках хозяина. Такая первоначальная реакция не очень эффективна, но позволяет держать захватчиков под контролем, пока адаптивная иммунная система вырабатывает антитела, направленные непосредственно против патогена.

Исследования последних 15 лет показали, что особый класс малых РНК, антисмысловые пиРНК, функционируют как геномные антитела и очень эффективно направлены против вирусов, входивших в зародышевые линии в прошлом. ПиРНК управляют распознаванием вирусных РНК посредством антисмысловой последовательности.

Исследования KoRV-A показывают, что новые захватчики вирусов вызывают чёткий, врождённый ответ, это важный шаг в цикле репликации вируса.

Большинство генов прерываются спейсерными областями, интронами. Когда ген транскрибируется в РНК, интроны удаляются для получения функциональной матричной РНК, из которой может образоваться белок. Ретровирусы также имеют интроны, подлежащие удалению (сплайсированные), для образования белка, создающего оболочку вокруг частицы вируса. Однако вирус также производит несплайсированные РНК, содержащие интроны. Несплайсированные РНК необходимы для репликации вирусов и инфицирования.

Исследования KoRV-A показывают, что зародышевые клетки распознают вирусоспецифические, несплайсированные расшифровки и направляют их в особый класс смысловых пиРНК, подавляя сборку вирусных частиц.

«Клетки распознают несплайсированную последовательность как вирус, а не как ген, и обеспечивают первоначальную защиту», — говорит Тюркауф.

В конечном счёте, понимание того, как работает эта врождённая реакция защиты генома, может помочь учёным разработать новые стратегии борьбы с заболеваниями, вызванными ретровирусами, включая KoRV-A.