Никита Максимов
Хотя сам Илья не преуспел в охоте на домашних мух (очень копотлив), его советам можно довериться. Неделю вспять он совместно с биологами и физиками из Институтов Индианы и Принстона опубликовал в журнальчике PLoS Computational Biology статью о результатах собственной работы - в первый раз расшифрованы сигналы, которые идут от глаз мухи в ее мозг, а позже к крыльям. Сейчас стало понятно, как она управляет своим полетом, обрабатывая большой объем зрительной инфы со скоростью в 10-ки раз большей, чем человек.
Уже на данный момент, имея только электрическую запись сигналов, приобретенных от нейронов мозга мухи, ученые могут сказать, куда и как она летит.
«Это очень принципиальная работа, - считает вице-президент Института сложных систем в Санта-Фе Крис Вуд, который занимается моделированием процессов в мозге человека. - Сейчас можно использовать ее методы резвого анализа зрительной инфы для наших целей». Применить методы есть к чему - население земли производит больше автоматических систем, которые сами принимают решения на базе зрительной инфы. Те же боты, например.
«Феррари посреди насекомых» - так окрестили мух создатели исследования за способность стремительно передвигаться. Эти насекомые способны начать делать разворот в полете через 1/30 секунды после того, как узрели что-то опасное. Уже довольно издавна понятно, что достигается это сначала за счет рецепторов в очах мухи, которые отлично фиксируют, что поменялось в внешнем мире. Глаз мухи реагирует на импульсы в 10-ки раз резвее, чем человек. По этой причине муха, к примеру, никогда не полюбит глядеть телек, так как в отличие от нас будет созидать не живую картину, а диафильм из отдельных кадров. 2-ая особенность ее глаза в том, что он состоит из нескольких тыщ фасеток, любая из которых лицезреет свою точку места; но все совместно они обозревают практически 360 градусов.
«Все эти “технические приспособления” дают возможность мухе фактически одномоментно созидать все, что происходит вокруг нее, но делают и огромные трудности, - гласит доктор Оклендского института в Новейшей Зеландии Миша Воробьев. - Ведь она обязана обрабатывать большой поток инфы мозгом, который весит 1 миллиграмм. При этом муха делает это с таким КПД, который не только лишь нам и другим насекомым либо животным, да и компьютерам не под силу».
«Это большой вычислительный процесс», - соглашается Илья Неменман. Ведь муха не только лишь должна кодировать информацию о картинах, которые получает каждые 10 миллисекунд, да и одномоментно ассоциировать одну из другой, чтоб вычислить вектора собственного движения сходу по нескольким координатам. «И все это при помощи всего нескольких сотен нейронов», - восторгается математик.
Мозг мухи содержит около 300 000 нейронов (кора мозга человека - до 20 миллиардов). Центр мозга мухи, отвечающий за обработку зрительной инфы, - до 300 нейронов. Разумеется, что секрет фуррора мухи - не в вычислительной мощности ее крохотного мозга, а в особенном языке, которым кодируется зрительная информация, транслируемая от глаза мухи в мозг. Для того чтоб расшифровать этот язык, следовало перехватить сигнал, идущий от глаза к мозгу. И сопоставить его с данными о том, что лицезреет муха в момент передачи этого сигнала.
Основная сложность заключалась в том, чтоб добраться до того самого «кабеля», по которому идет информация. Считывающий электрод не только лишь должен быть подведен к нейрону с точностью до одной тысячной мм, да и сохранять эту точность, пока обездвиженную муху со скоростью до 8 оборотов за секунду крутят в специальной установке. «Нам подфартило, что с нами работал Роб, у которого золотые руки, - только он один в мире может такое придумать и сделать», - гласит Неменман.
Доктор физического факультета Института Индианы Роб ван Стевенинк собрал свою уникальную установку из деталей. Для того чтоб точно попасть электродом в нейрон, было надо просто додуматься до одной хитрости. «Конечно, нереально даже под микроскопом узреть этот отдельный нейрон. А вот если вывести сигнал с электрода, который вы втыкаете ей в голову, на колонки, тогда вы будете слышать электронный сигнал, который проходит по нейрону, - делится секретом Роб. - Чем вы к нему поближе, тем сигнал громче - вот и вся хитрость; нужно только, чтобы пальцы не очень дрожали».
При помощи установки ученые конструировали полет мухи, раскручивая ее в различные стороны и с различным ускорением, записывая при всем этом импульсы, которые передаются по нейронам от глаз. На одной из записей видно, как через маленькие промежутки времени - несколько миллисекунд - появляются маленькие всплески: вот нейрон передал информацию. Но какую конкретно? «Муха на данный момент сделала последующий акробатический маневр, - читает примитивную “энцефалограмму” Неменман. - Вот она двигалась с большой скоростью на лево, позже одномоментно двинулась на право, что-то поглядела там, а позже полетела с еще большей скоростью влево…»
Итак, метод записан и расшифрован. Доктор английского Института Крэнфилд Рафаль Збиковский считает, что обладание этим методом позволит сделать летательные аппараты, способные передвигаться подобно мухе. «Муха может очень отлично летать, делать акробатические трюки, при всем этом ее центр управления полетами состоит всего из нескольких сотен нейронов, - удивляется он. - Тогда как для системы навигации истребителя F-35 требуется три двухпроцессорных компьютера». Быстроты реакции пилота уже не хватает на то, чтоб управлять всеми системами современного истребителя. Многие решения самолет воспринимает без помощи других. Методы кодировки инфы из мозга мухи позволят значительно повысить эффективность боевых машин.
А Роб ван Стевенинк предлагает применить отысканные им и его сотрудниками коды для оценки огромных объемов зрительной инфы - к примеру, с камер слежения в аэропортах. «Сейчас неувязка состоит в том, что как мы пытаемся рассматривать эти кадры при помощи имеющихся компьютерных программ, выходит очень длительно и некачественно», - гласит он. Но с «точки зрения» мухи, уверен ученый, эта задачка очень ординарна.
