Ремонт Большого адронного коллайдера, жирафы-математики, древнерусская логистика

Большой адронный коллайдер закрывают на четыре года

Самый мощный на планете ускоритель частиц, Большой адронный коллайдер, отключили 29 июня, чтобы усовершенствовать его. Ближайшие четыре года коллайдер будут модернизировать, а в 2030 году он вновь должен заработать. Называться обновленный ускоритель будет Большим адронным коллайдером высокой светимости. В нем можно будет проводить на порядок больше столкновений частиц, чем сейчас. Ученые надеются на новые открытия, особенно в области природы темной материи, антиматерии и ранних процессов, происходивших в начале жизни Вселенной.

Напомним, ускоритель смонтирован в 27-километровом подземном туннеле кольцевой формы. Первые успешные столкновения протонов прошли в нем в 2009 году, и с тех пор БАК стал средоточием ключевых открытий в физике частиц. Он подтвердил главные теории субатомного мира, с его помощью в 2012 году был открыт бозон Хиггса.

Теперь, во время модернизации, инженеры заменят около 1,2 километра магнитов и оборудования. Светимость ускорителя (то есть плотность пролетающих навстречу друг другу пучков частиц) кратно увеличится. Значит, и число взаимодействий вырастет. Скачок производительности позволит зафиксировать редчайшие события, которые не укладываются в рамки Стандартной модели (это общепринятая теория, описывающая устройство Вселенной и взаимодействие всех известных элементарных частиц).

Как минимум, за пределами этой модели сегодня находятся темная материя и темная энергия, из которых большей частью состоит Вселенная, но о которых физики почти ничего не знают.

Жирафы умеют складывать. А вычитать не умеют

Ученые долго считали, что лишь человек умеет оперировать числами и понимать сущность количества. Но постепенно стало понятно, что и животные ориентируются в «больше/меньше”, причем не только высокоорганизованные приматы, но и даже некоторые насекомые.

Теперь ученые задались вопросом о так называемой протоарифметике — способности мысленно складывать и вычитать скрытые от глаз (абстрактные) объекты. Мысленно складывать по имеющимся данным умеют шимпанзе, орангутаны, макаки, серые попугаи, вороны и (внезапно) новорожденные цыплята. А вот с вычитанием все не так просто. Только некоторые приматы и птицы могут его освоить, и то только после настойчивой и долгой учебы.

Ученые из Германии и Испании проверили, как с математикой обстоит у жирафов. Было уже известно, что количества они отлично различают, и вот теперь встал вопрос о сложении и вычитании. Эксперимент провели на четырех взрослых жирафах из зоопарка Барселоны по методике, которую раньше применили для орангутанов. Провели более тысячи испытаний — более 272 на каждого испытуемого.

Перед жирафом на стол ставили два закрытых желтых контейнера с кусочками морковкой и один пустой зеленый. На глазах у животного ученый открывал контейнеры, показывал, что внутри, потом закрывал и перекладывал несколько кусочков. После этого жирафу предлагалось выбрать один из желтых контейнеров. Правильным ответом был тот контейнер, в котором после перекладывания окажется больше еды. Причем вычислить этот факт животное должно было самостоятельно, потому что видело только факт перекладывания, а вот финального количества — не видело. Разные модификации эксперимента предполагали задачи на сложение и вычитание.

Оказалось, что жирафы неплохо складывают: нужный контейнер выбирали в 68% случаев, то есть это явно не случайное угадывание. Животное мысленно отслеживало прибавление морковок к тем, что уже лежали в контейнере. А вот вычитать у жирафов не получается, здесь выбор был совершенно случайным. Кстати, для людей вычитание — когнитивно тоже сложнее, чем сложение.

Даже под общим наркозом мозг понимает смысл речи

Понимание речи, контекста, грамматических конструкций языка — все это, как считалось до сих пор, умеет делать мозг бодрствующего человека. Но уже давно нейробиологи отметили: на звук или свет кора головного мозга продолжает реагировать даже в глубоком наркозе. За эти реакции отвечают первичные сенсорные зоны мозга. А как ведут себя под наркозом более высокоорганизованные структуры, которые отвечают за аналитические функции — например, гиппокамп?

Нейрофизиологи из Хьюстонского университета попытались ответить на этот вопрос. Семь пациентов с эпилепсией, которым предстояла операция на мозге, послужили добровольцами. Во время того, как им вводили наркоз, ученые вводили в ткань гиппокампа сверхточные микроэлектроды, которые записывали активность нейронов.

Пока пациенты находились без сознания, в операционной включали два типа аудиозаписей. Сначала — серию одинаковых звуков с редкими необычными тонами. Клетки гиппокампа быстро и точно отследили разницу, на ходу перестраивая связи между собой. А потом включались подкасты с обыкновенными историями. Нейроны показали странную избирательность: частота разрядов, которыми они реагировали на услышанное, прямо зависело от того, насколько неожиданным было слово в тексте. С помощью машинного обучения определили, что гиппокамп отличает существительные от других частей речи (опять же по активности клеток), и более того — статистически предсказывало, слово из какой категории (место, эмоция, предмет) диктор произнесет следующим.

Вывод такой: даже если сознание абсолютно отключено, мозг продолжает строить из слышимых звуков осмысленные конструкции. При этом вряд ли гиппокамп работает в одиночку. Ученые предполагают, что он получает уже обработанные сигналы из других отделов мозга, которые тоже “не спят” под наркозом. Причем значительную часть аналитики мозг выполняет в фоновом режиме, в прямом смысле слова “не приходя в сознание”.

Дальнейшие исследования в этой области позволяют надеяться на то, что ученые смогут понять, что происходит с мозгом, когда человек в медикаментозном сне, в глубокой коме. Здесь и феномен неявной памяти (когда пациент в глубоком наркозе, но потом почему-то рассказывает, о чем говорили врачи во время операции), и реакция мозга пациента, находящегося в коме, на голос родственников, и многие другие малоизученные реакции.

Что писали о дорогах в средневековом Новгороде

Ученые из Новгородского университета изучили берестяные грамоты на предмет информации о том, как были устроены дороги на Руси в средние века. Они проанализировали записки, которые новгородцы писали друг другу, и извлекли любопытную информацию о том, как, зачем и куда ездили наши средневековые предки, и какие приключения ждали их на пути. Результаты исследования новгородские историки представили на круглом столе в НИУ ВШЭ.

Чаще всего находили информацию о поездках по деловым и хозяйственным надобностям. Торговец Лука, живший 900 лет назад, писал отцу из Торжка, Заволочья, из Великих Лук. Еще одна категория путешественников — профессиональные посыльные, сотрудники логистических служб, если на современный манер. Они возили сообщения, деньги и партии товаров по поручению бояр, купцов и знатных людей. Например, в одной из грамот некий Иван пишет контрагенту Олександру, что послал ему партию осетрины — 19 балыков. Ездили в другие города и по личным надобностям — к примеру, новгородски Оксинья и Онания 800 лет назад звали родственников приехать в Новгород на свадьбу дочери.

Транспортом были лошади, товары возили на возах. На средневековом тракте было опасно, и о криминальных случаях берестяные грамоты щедро рассказывают. К примеру, в одной из грамот несчастный путешественник скрупулезно перечисляет предметы имущества, отнятые у него грабителями в лесу между деревнями Горы и Горки. Конь ценой в три рубля (страшные деньги по тем временам), седло, верхняя одежда... Напоминает горести Шпака из комедии про Ивана Васильевича, не правда ли?

Асфальтоукладческими технологиями средневековые русичи не владели. Поэтому главным врагом путешественника была грязь и распутица. Об этом тоже рассказывается в берестяных грамотах — все тот же купец Лука сетует в записке отцу, что давно бы уже дома был, да распутица, будь она неладна. И тут же велит отцу начинать продавать зерно именно в пик сезонного бездорожья — когда цена на продовольствие вырастет из-за затруднения поставок. Что-то это нам напоминает…

Биологи придумали, как бесконечно размножать клетки-убийцы раковых опухолей

Отныне в лабораториях можно будет выращивать бесконечное количество иммунных клеток и программировать их на борьбу с раковыми опухолями. Это решает главную проблему иммунотерапии — штучно делать Т-клетки для каждого пациента очень дорого и сложно. Теперь от штучного производства биотехнологи перейдут, можно сказать, к серийному.

Методику разработали ученые из Университета Южной Калифорнии (США). Они взяли в работу клетки-предшественники, из которых развиваются макрофаги (клетки иммунной системы, буквально поглощающие чужеродные тела и опухоли). Биологи подобрали оптимальную комбинацию реагентов, которые заставили эти клетки-предшественники бесконечно размножаться в пробирке, при этом не созревая раньше времени. Так появилась база, на которой лечебный материал постоянно выращивается в промышленных масштабах.

Выращенные предшественники с помощью технологии CAR генетически модифицируют: учат распознавать признаки раковых клеток и внедряют сигнальный белок, который активирует Т-лимфоциты организма-хозяина. Важнее всего то, что этот сигнальный белок отлично себя показывает, даже если донор клеток и реципиент иммунологически не совпадают. То есть, препарат не нужно будет делать конкретно под отдельного пациента. Каждому пациенту подойдет серийная версия! Это означает, что если получится на основе этого метода разработать лекарство, оно будет и недорогим, и общедоступным.

При этом метод работает — по крайней мере, на мышах. КЛетки-предшественники хорошо прижились в их костном мозге и прекрасно поставляют новые защитные клетки в кровь. Это замедляет развитие опухолей.