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.

Почти 500 госпитализированных пациентов из шести стран приняли участие в исследовании. Препарат, который обычно используется в виде инъекций для предотвращения образования тромбов, в аэрозольной форме продемонстрировал не только антикоагулянтные, но и противовирусные и противовоспалительные свойства.

Пациенты, вдыхавшие гепарин, быстрее восстанавливали дыхание, улучшали насыщение крови кислородом и реже нуждались в интенсивной терапии. Учёные подчёркивают, что низкая цена препарата может сделать его особенно важным для стран с ограниченными ресурсами.

Авторы исследования отмечают, что уникальное сочетание свойств делает гепарин перспективным средством не только против COVID-19, но и против других тяжёлых респираторных инфекций, включая грипп и пневмонию. Сейчас команда учёных готовит новые клинические испытания и работает над усовершенствованной формой препарата для ингаляций.

Ранее учёные создали экспериментальный мРНК-препарат, который способен защищать от нескольких вирусов, включая COVID-19 и грипп.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показало, что это вещество уменьшает тяжесть инсульта у животных и на клеточных моделях. Оно снижает объём поражённых тканей, препятствует образованию отёков и восстанавливает повреждённые сосуды мозга.

При инсульте часто разрушается гематоэнцефалический барьер — «фильтр» между кровеносной системой и мозгом. Это усиливает воспаление и приводит к гибели клеток.

DMT помогает сохранять этот барьер и улучшает работу астроцитов — клеток, которые поддерживают здоровье нейронов. Кроме того, соединение снижает активность микроглии и выработку провоспалительных цитокинов, дополнительно защищая мозг от повреждений.

Уникальность DMT заключается в том, что оно действует в двух направлениях: укрепляет сосудистую защиту мозга и уменьшает воспаление. Авторы работы считают, что такой комплексный эффект делает его перспективным дополнением к существующим методам лечения инсульта, эффективность которых пока ограничена.

Сейчас DMT проходит клинические испытания как средство для восстановления когнитивных функций у людей после инсульта. Если его эффективность будет подтверждена, это вещество может стать основой нового поколения терапий, которые существенно повысят шансы пациентов на выздоровление.

Ранее учёные показали, что пересадка нейральных стволовых клеток также способна восстанавливать мозг после инсульта.

Учёные выяснили, что такие факторы, как оптимизм, качественный сон, поддержка близких и умение противостоять стрессу, связаны с тем, что мозг человека выглядит моложе его паспортного возраста. Результаты исследования опубликованы в издании Brain Communications.

В эксперименте участвовали 128 человек среднего и пожилого возраста, некоторые из них страдали от хронической боли в суставах. С помощью МРТ и системы машинного обучения учёные определяли «возраст мозга» и сравнивали его с реальным.

Выяснилось, что разница между ними значительна: у людей с полезными привычками мозг был в среднем на восемь лет моложе. Более того, в течение двух лет наблюдения их мозг старел заметно медленнее.

Специалисты отметили, что на мозг негативно влияют хроническая боль, низкий доход и стресс. Однако наибольшую защиту обеспечивают именно положительные факторы.

Особенно сильный эффект оказывают регулярный крепкий сон, здоровый вес, отказ от табака и социальные связи. Всё это снижает риски потери памяти и развития деменции.

Авторы исследования подчёркивают, что полезные привычки можно выработать в любом возрасте. Каждая дополнительная мера — будь то улучшение сна или умение справляться со стрессом — приносит заметную пользу мозгу.

Вывод учёных прост: образ жизни действует как лекарство для мозга.

Они выяснили, что употребление верблюжьего молока с пробиотиком в течение четырёх недель помогает пациентам с диабетом 2-го типа снизить уровень сахара в крови и улучшить показатели холестерина. В эксперименте участвовали 28 человек: одни получали молоко с добавкой Bifidobacterium animalis, другие — обычное.

Через месяц у первой группы снизился уровень глюкозы натощак, улучшилось соотношение «плохого» и «хорошего» холестерина, а в крови стало меньше воспалительных маркеров. Кроме того, учёные заметили положительные сдвиги в работе мышц и изменениях микробиоты кишечника — увеличилось количество полезных бифидобактерий.

Это может способствовать контролю метаболизма и снижению рисков осложнений диабета. Авторы исследования считают, что верблюжье молоко с пробиотиком может стать перспективным элементом диетической поддержки при диабете, несмотря на то, что эксперимент был небольшим.

Ранее уже было обнаружено, что верблюжье молоко способно уменьшать тяжесть аллергической астмы, которая вызвана пылевыми клещами.