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.

В исследованиях приняли участие более 520 тысяч человек из общей популяции, данные о которых были взяты из 15 научных работ. У более чем 55 тысяч участников были зафиксированы депрессивные симптомы.

Анализ показал, что у тех, кто часто пьёт газировку и другие сладкие напитки, признаки депрессии встречаются чаще, чем у тех, кто употребляет их редко или избегает. При самом высоком уровне потребления безалкогольных напитков риск депрессивных проявлений был примерно на 39 процентов выше, чем при самом низком.

Связь между употреблением сладких напитков и депрессивными симптомами сохранялась как в поперечных исследованиях, так и в долгосрочных наблюдениях. Особенно выраженный эффект отмечался для напитков с добавленным сахаром, включая сладкую газировку.

Авторы подчёркивают, что работа не доказывает прямую причинно-следственную связь, однако указывает на устойчивую и воспроизводимую ассоциацию. Они считают, что ограничение потребления сладких напитков может стать одной из доступных мер профилактики депрессивных состояний и снижения нагрузки на психическое здоровье населения.

Результаты их работы были опубликованы в журнале NeuroImage. Они доказали, что примерно 40–50 минут дневного сна достаточно для снижения «перегруженности» нейронных связей, которая накапливается в течение активного дня.

Во время бодрствования связи между нервными клетками постепенно усиливаются, что важно для обучения, но со временем это приводит к насыщению и снижению способности воспринимать новую информацию. Сон запускает процесс «синаптической очистки», освобождая ресурсы мозга.

В эксперименте участвовали 20 здоровых молодых людей, которые в разные дни либо спали днём, либо бодрствовали. С помощью электроэнцефалографии и транскраниальной магнитной стимуляции исследователи оценивали гибкость и готовность нейронных сетей к обучению.

После дневного сна мозг участников демонстрировал более низкий общий уровень активности связей, но при этом более высокую способность формировать новые. Это указывает на восстановительный эффект дневного сна.

Авторы исследования отмечают, что полученные данные объясняют, почему после короткого дневного сна людям часто легче сосредоточиться и учиться. Такой эффект может быть особенно полезен при высокой умственной нагрузке — в учёбе, работе, спорте или профессиях, где важны внимание и точность.

Исследователи подчёркивают, что речь идёт именно о коротком сне, а не о замене полноценного ночного отдыха.

В журнале Cell Metabolism опубликованы результаты исследования, в котором изучалось влияние аминокислоты метионина на течение воспалительных состояний у мышей. В экспериментах метионин защищал животных от истощения, повреждения гематоэнцефалического барьера и гибели при инфекции.

Почки сыграли неожиданную ключевую роль: добавка усиливала их фильтрационную функцию, благодаря чему из крови быстрее удалялись провоспалительные молекулы — цитокины, избыток которых приводит к повреждению тканей. Исследователи показали, что такой эффект сохраняется и в других моделях — при сепсисе и остром повреждении почек.

Метионин не подавлял иммунный ответ полностью, а лишь помогал удерживать воспаление в безопасных пределах, не мешая организму бороться с инфекцией. Авторы подчёркивают, что пока речь идёт только об экспериментах на животных.

Однако результаты указывают на недооценённую роль питания и функции почек в контроле воспаления и открывают перспективы для новых подходов к лечению тяжёлых воспалительных состояний — от инфекций до осложнений при заболеваниях почек.

Исследование, опубликованное в журнале BMC Public Health, показало, что депрессия в течение жизни чаще встречается у тех, кто курит сейчас или курил ранее, чем у тех, кто никогда не курил. В анализе использовались данные почти 174 тысяч человек в возрасте от 19 до 72 лет.

Участники рассказывали о своём психическом здоровье, диагнозах депрессии и привычках, связанных с курением. Оказалось, что риск депрессии особенно высок у людей среднего возраста — от 40 до 59 лет.

При этом была обнаружена чёткая зависимость от дозы: чем больше сигарет человек выкуривал в день, тем сильнее проявлялись депрессивные симптомы. Отказ от курения, напротив, был связан с улучшением психического состояния.

Чем больше времени проходило с момента последней выкуренной сигареты, тем ниже становился риск депрессии и тем дальше во времени оказывался последний депрессивный эпизод. Исследователи также отметили, что более позднее начало курения связано с более поздним появлением первых симптомов депрессии.

Авторы подчёркивают, что работа не позволяет говорить о прямой причинно-следственной связи, однако результаты усиливают аргументы в пользу профилактики курения и поддержки отказа от него. Учёные считают, что снижение потребления табака может быть важно не только для физического, но и для психического здоровья, а будущие долгосрочные исследования помогут лучше понять механизмы этой связи.