Физики-лауреаты разработали методы машинного обучения

Джон Хопфилд создал ассоциативную память, способную сохранять и восстанавливать изображения и другие паттерны в данных. Джеффри Хинтон изобрёл метод, позволяющий автономно находить свойства в данных и выполнять задачи, такие как идентификация элементов на изображениях.

Искусственный интеллект часто использует искусственные нейронные сети, основанные на структуре мозга. В таких сетях нейроны представлены узлами с разными значениями, которые влияют друг на друга через связи, подобные синапсам.

Сеть обучается, усиливая или ослабляя эти связи. Лауреаты этого года работали с искусственными нейронными сетями с 1980-х годов.

Джон Хопфилд изобрёл сеть, сохраняющую и восстанавливающую узоры. Сеть Хопфилда использует физику атомного вращения, где каждый атом является крошечным магнитом.

Сеть обучается путём нахождения значений для связей между узлами, чтобы сохранённые изображения имели низкую энергию. Джеффри Хинтон использовал сеть Хопфилда для создания машины Больцмана, способной распознавать характерные элементы в данных.

Машина обучается на примерах, которые могут возникнуть при её запуске. Она может классифицировать изображения или создавать новые примеры паттернов.

Работы лауреатов уже принесли большую пользу в физике. Искусственные нейронные сети используются в различных областях, включая разработку новых материалов.

В прошлом году Нобелевскую премию по физике получили учёные за эксперименты, предоставившие новые инструменты для исследования мира электронов внутри атомов и молекул. Эксперты прогнозировали, что Кристоф Гербер из Базельского университета может получить Нобелевскую премию за разработку атомно-силового микроскопа.

Этот метод позволяет исследовать объекты без использования линзы, скользя по ним крошечным наконечником на пружинящем стержне. По версии американской компании Clarivate, неплохие шансы были у нескольких учёных за вклад в физику двухслойного графена, скрученного под магическим углом, и связанных с ним муаровых квантовых устройств.

Нобелевская премия по физике присуждалась 117 раз, причём только в 47 случаях награда доставалась одному лауреату. За прошедшие годы премию получили 225 человек, включая Джона Бардина, единственного дважды лауреата Нобелевской премии по физике.

Среди лауреатов премии по физике всего пять женщин. Последней награждённой стала Анна Л#39;Юилье в прошлом году.

Самым молодым лауреатом остаётся австралиец Лоуренс Брэгг, получивший премию в 1915 году в 25-летнем возрасте, а самым возрастным — Артур Эшкин в 2018 году, которому было 96 лет. Почти каждый четвёртый лауреат Нобелевской премии по физике — иммигрант.

Среди наших соотечественников лауреатами стали Павел Черенков, Илья Франк, Игорь Тамм, Лев Ландау, Николай Басов, Александр Прохоров, Пётр Капица, Жорес Алферов, Алексей Абрикосов, Виталий Гинзбург, Андрей Гейм и Константин Новосёлов.

Согласно крупному международному исследованию, опубликованному в журнале Nature Metabolism (Nat Met), TMA может блокировать ключевой воспалительный белок IRAK4. Это снижает хроническое воспаление и улучшает контроль уровня глюкозы.

Эксперименты на клеточных моделях и лабораторных животных показали, что TMA напрямую взаимодействует с IRAK4 и подавляет его чрезмерную реакцию на жирную пищу. Именно такая реакция со временем приводит к развитию инсулинорезистентности.

Подавление IRAK4 с помощью фармакологических методов дало те же положительные результаты, что и действие микробной молекулы. Авторы исследования считают открытие «переворотом в понимании роли микробиома».

Оказывается, один из его метаболитов может предотвращать вредные последствия неправильного питания, а не усугублять их. Для применения этого механизма в лечении диабета учёные предлагают два направления: стимулировать выработку TMA через питание и разработать препараты, которые будут блокировать IRAK4.

Ранее было установлено, что низкий уровень LDL-холестерина повышает риск развития диабета 2-го типа, независимо от приёма статинов.

Этот метод терапии значительно снижает риск летального исхода. Исследователи проанализировали данные более чем 85 тысяч госпитализированных пациентов.

Результаты работы опубликованы в журнале Blood. Ранее считалось, что внутривенное железо может «подпитать» бактерии, поэтому его применение вызывало опасения.

Однако учёные обнаружили противоположный эффект: у пациентов с пневмонией, MRSA, колитом и другими распространёнными инфекциями смертность в течение 14 и 90 дней была значительно ниже, если им назначали железо. Уровень гемоглобина у этих пациентов спустя 2–3 месяца повышался заметнее, чем у тех, кому железо не назначали.

При бактериальном менингите улучшений не было, но и ухудшения состояния тоже не наблюдалось. Авторы подчёркивают, что полученные данные ретроспективные, и окончательно подтвердить пользу внутривенного железа поможет только рандомизированное исследование.

Но уже сейчас результаты работы заставляют пересмотреть устоявшиеся представления о лечении анемии у пациентов с острыми инфекциями.

Этот ранее неизвестный патоген получил название Rickettsia finnyi. Бактерию нашли у собак, страдающих лихорадкой, слабостью и резким снижением тромбоцитов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Emerging Infectious Diseases (EID). Учёные смогли выделить бактерию из крови больной собаки и вырастить её в лабораторных условиях.

После этого исследователи полностью расшифровали геном R. finnyi.

Анализ показал, что это полноценный новый вид, родственный возбудителям пятнистых лихорадок. Клинические проявления у собак были похожи на опасную риккетсиозную инфекцию, аналогичную пятнистой лихорадке Скалистых гор.

Исследователи отмечают, что многие риккетсии могут заражать как животных, так и людей. Поэтому появление нового вида вызывает беспокойство.

Собаки могут служить «ранним индикатором» появления инфекции в регионе, а сам патоген потенциально способен преодолевать межвидовой барьер. Предполагаемым переносчиком считают активный и широко распространённый вид клеща-звездоноса.

Авторы подчёркивают, что открытие Rickettsia finnyi требует усиленного ветеринарного и эпидемиологического надзора. Новая бактерия уже продемонстрировала способность вызывать серьёзные симптомы у животных.

Поэтому важно своевременно выявлять заражённых собак, проводить диагностику на новые штаммы риккетсий и внимательно следить за распространением переносчиков.

В журнале Nutrients опубликован метаанализ семи наблюдательных исследований, в которых приняли участие 70 136 человек. Результаты показали, что у людей, которые потребляют орехи наиболее часто, риск депрессивных симптомов примерно на 25 процентов ниже, чем у тех, кто ест их редко.

Особенно заметный эффект наблюдался у тех, кто употреблял орехи не менее трёх раз в неделю. По сравнению с теми, кто ел их реже одного раза в неделю, такая привычка ассоциировалась со снижением риска депрессии.

При этом употребление орехов 1–2 раза в неделю не давало статистически значимой связи. Авторы исследования объясняют возможный защитный эффект орехов их составом.

Ненасыщенные жирные кислоты, витамин E, магний, полифенолы и клетчатка обладают противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, влияют на работу мозга и микробиоту кишечника. Кроме того, орехи богаты триптофаном — предшественником серотонина, который играет ключевую роль в регуляции настроения.

Однако исследование не доказывает, что именно орехи напрямую предотвращают депрессию. Все данные получены из наблюдательных работ, где трудно полностью исключить влияние сопутствующих факторов образа жизни.

Авторы подчёркивают, что необходимы рандомизированные клинические испытания, чтобы понять, может ли регулярное включение орехов в рацион стать элементом профилактики депрессивных расстройств. Ранее стало известно, что одна горсть орехов в день снижает тягу к сладкому и улучшает рацион у молодых людей с риском метаболического синдрома.