В то время как врачи и ученые продвигаются в своих исследованиях, чтобы понять механизм человеческого мозга, искусственный интеллект (ИИ) уже способен, скажем так, хакнуть его.  В настоящее время существуют системы искусственного интеллекта для лечения симптомов депрессии, программное обеспечение для машинного обучения, способное распознавать изменения мозга, вызванные годами с Альцгеймером до появления первых признаков, и сканирование мозга, которое может выявить суицидальные тенденции.

В случае болезни Альцгеймера - основной причины деменции у пожилых людей - самая большая проблема заключается в получении раннего диагноза и замедлении его прогрессирования.  Соответственно, команда под руководством Марианны Ла Рокки, физика из Университета Бари в Италии, разработала алгоритм автоматического обучения, способный распознавать структурные изменения в мозге, вызванные болезнью Альцгеймера.

Алгоритм был отточен на 67 магнитно-резонансных изображениях - 38 от пациентов с болезнью Альцгеймера и 29 от контрольной группы - чтобы научиться правильно различать больной и здоровый мозг.  Исследователи разделили каждое изображение мозга на небольшие области, проанализировали связь между нейронами и обнаружили, что программное обеспечение произвело наиболее точную классификацию заболевания, когда сравниваемые области мозга составляли от 2250 до 3200 кубических миллиметров, по размеру аналогичные анатомическим структурам связанным с болезнью Альцгеймера, как гиппокамп.

Интегративный анализ показывает скоординированное перепрограммирование эпигенома и транскриптома в скелетных мышцах человека после тренировки.

Регулярные тренировки на выносливость вызывают полезные функциональные воздействия на здоровье скелетных мышц человека.  Предполагаемый вклад в реакцию эпигенома на тренировки как посредника между генами и окружающей средой не выяснен.  Здесь мы рассмотрим исследование о вкладе метилирования ДНК и связанных с ним транскриптомных изменений в хорошо контролируемом исследовании человека.  Тренировочные эффекты были отражены значительными изменениями в метилировании ДНК и экспрессии генов в областях с однородной энергетикой мышц и онтологией ремоделирования.  Более того, сигнатура метилирования ДНК и экспрессии генов разделяла образцы на основе обучения и пола.  Дифференциальное метилирование ДНК наблюдалось преимущественно в энхансерах, генных телах и межгенных областях и реже в CpG-островках или промоторах. Были идентифицированы мотивы связывания регулятора транскрипции белков MRF, MEF2 и ETS в непосредственной близости от меняющихся местах.  Анализ транскрипционной сети выявил модули, несущие различные онтологии, и, что интересно, общее направление изменений метилирования в каждом модуле было коррелировано обратно с изменениями экспрессии.  В заключение мы показываем, что физиологические стимулы индуцируют весьма последовательные и связанные модификации метилирования и экспрессии, согласующиеся с наблюдаемыми фенотипическими адаптациями, улучшающими здоровье.

Магнетосопротивление - это изменение сопротивления проводника во внешнем магнитном поле.

В типичном металле при комнатной температуре орбитальные МС-эффекты очень малы и составляют порядка нескольких процентов.

Эффект МС имеет важное технологическое значение, особенно в связи со считывающими головками для магнитных дисков и в качестве датчиков магнитных полей.  Самым полезным материалом был сплав между железом и никелем, Fe20Ni80 (пермаллой). Общий консенсус в 1980-х годах заключался в том, что было невозможно значительно улучшить характеристики магнитных датчиков на основе МС.

В 1988 году две исследовательские группы независимо друг от друга обнаружили материалы, демонстрирующие очень большое магнетосопротивление, теперь известное как гигантское магнетосопротивление (ГМС). Необходимым условием для открытия ГМС-эффекта послужили новые возможности получения тонких слоев металлов в нанометровом масштабе.  Первоначально использовалась эпитаксия.  В настоящее время, после Стюарта Паркина, более простой и дешевый метод - распыление - стал более практичным.

Нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды являются наиболее важными классами биополимеров.  Свойства, присущие биомакромолекулам, противоречат свойствам четко определенных малых молекул, в связи с чем возникает ряд специфических проблем, которые становятся особенно очевидными, если биомакромолекулы рассматриваются как объекты в количественном анализе.  В то же время, их специфическая функциональная способность молекулярного распознавания и самоорганизации (например, ферментов, антител, ДНК) позволяет нам создавать биомакромолекулы, служащие молекулярными инструментами в биохимии и молекулярной биологии, или точно контролируемые размерные платформы для нанометрических приложений.  Учитывая сложность биомакромолекул, количественный анализ не ограничивается измерением их концентрации, но также включает определение многочисленных дескрипторов, связанных со структурой, взаимодействием, активностью и функцией.  Среди биомакромолекул гликаны служат примерами того, что количественная характеристика не обязательно направлена ​​на измерение концентрации количества вещества, а вместо этого включает определение относительных пропорций (молярных отношений) структурных характеристик для сравнения с теоретическими моделями.

Биомакромолекулы - это природные макромолекулярные соединения, которые составляют основные строительные блоки практически всех типов биологических систем.  Нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды являются наиболее важными классами биополимеров, которые образуются в результате конденсации их мономерных звеньев: нуклеотидов, аминокислот и моносахаридов.  Огромное количество мономеров, связанных вместе во время поликонденсации, и бесчисленные комбинации, которые существуют для их секвенирования, закладывают фундамент для огромного разнообразия и структурной сложности.  Таким образом, биомакромолекулы часто проявляют высокую степень функциональности и способность к разветвлению и / или последующей химической модификации, что облегчает формирование линейных и нелинейных структур 2D / 3D биополимеров.

Молекулярные машины могут быть определены как устройства, которые могут производить полезную работу посредством взаимодействия отдельных молекул на молекулярной шкале длины.  Удобной единицей измерения на молекулярном уровне будет нанометр.  Следовательно, молекулярные машины также попадают в категорию наномашин.  Молекулярные машины зависят от меж- и внутримолекулярных взаимодействий для их функционирования.  Эти взаимодействия включают в себя такие силы, как ионные и Ван-дер-Ваальские силы, и являются функцией геометрии отдельных молекул.  Взаимодействие между двумя данными молекулами может быть хорошо понято набором законов, управляющих ими, что обеспечивает определенный уровень предсказуемости и управляемости основной механики.  У Матери Природы есть собственный набор молекулярных машин, которые работали на протяжении веков и с годами были оптимизированы для производительности и дизайна.  По мере того, как наши знания и понимание этих многочисленных машин продолжают увеличиваться, мы теперь видим возможность использования естественных машин или создания синтетических с нуля, имитируя природу.  В этом обзоре мы попытаемся понять принципы, теорию и полезность известных молекулярных машин, а также рассмотрим вопросы проектирования и управления для создания и модификации таких машин.  Большинство естественных молекулярных машин основано на белке, тогда как молекулярные машины на основе ДНК в основном синтетические.  Природа использует белки для выполнения различных клеточных задач, от перемещения груза до каталитических реакций, в то время как ДНК сохраняется в качестве носителя информации.  Следовательно, понятно, что большая часть естественного механизма построена из белков.  Благодаря мощным кристаллографическим методам, доступным сейчас, белковые структуры стали более четкими, чем когда-либо  Постоянно увеличивающаяся вычислительная мощность позволяет динамически моделировать процессы сворачивания белков и прогнозировать конформации и структуру менее известных белков.  Эти результаты помогают разгадать тайны, связанные с молекулярными механизмами, и проложить путь для производства и применения этих миниатюрных машин в различных областях, включая медицину, изучение космоса, электронику и военные технологии.  Мы делим молекулярные машины на три широкие категории - на основе белков, ДНК и химических молекулярных моторов.

Молекулярные машины на белковой основе

Атопический дерматит - это распространенное хроническое рецидивирующее воспалительное заболевание кожи, которое поражает, главным образом, маленьких детей.  Атопия определяется как унаследованная тенденция к выработке антител к иммуноглобулину Е (IgE) в ответ на незначительные количества общих белков окружающей среды, таких как пыльца, домашние пылевые клези и пищевые аллергены.  Дерматит происходит от греческого «derma», что означает «кожа», и «itis», что означает «воспаление».  Дерматит и экзема часто используются как синонимы, хотя термин экзема иногда используется для обозначения острого проявления болезни;  здесь не проводится никаких различий.  На протяжении многих лет для этой болезни было предложено много других названий, например, prurigo Besnier (зуд Безье), названный в честь французского дерматолога Эрнеста Безнье (1831–1909).  Аллергическая сенсибилизация и повышенный иммуноглобулин E (IgE) присутствуют только примерно у половины всех пациентов с этим заболеванием, и поэтому атопический дерматит не является окончательным термином.

Расстройство аутистического спектра (РАС) является пожизненным состоянием нервного развития, для которого нет никакой известной причины или лечения.  Аутизм - это очень изменчивое расстройство, наиболее значительными сложностями  которого являются аберрантное поведение, плохие социальные навыки и нарушенные коммуникативные навыки.  Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что распространенность аутизма неуклонно растет, и это привело к широко распространенным предположениям и исследованиям, касающимся причин расстройства.  После 50 лет интенсивных исследований учёные теперь считают, что аутизм - это комплексное расстройство, основные аспекты которого имеют различные причины, которые часто встречаются вместе. Некоторые из этих отдельных неврологических причин находятся в центре внимания этой статьи. Здесь мы сосредотачиваемся на результатах, которые позволяют предположить, что дети с РАС имеют больший общий объем мозга и различия в траектории роста мозга  В зрелом возрасте больные с РАС имеют анатомические и функциональные нарушения в префронтальной коре, базальных ганглиях, височной доле и лимбической системе.  Нарушения в этих областях, а также из-за отсутствия связи между этими областями мозга и внутри них могут привести к ряду взаимосвязанных нарушений межличностного взаимодействия, таких как проблемы запоминания и идентификации людей, неспособность воспринимать социальные сигналы и неправильное понимание невербальных коммуникативных сигналов, таких как жесты, выражения лица и эмоциональная просодия.  Механистическое понимание неврологии лежащей в основе расстройства является обязательным условием, прежде чем новые терапевтические инструменты смогут направлять функционально атипичные мозги в корректирующих направлениях.  Недавние исследования, изучающие нейронный ответ на лечение при аутизме, будут здесь кратко рассмотрены.  Они подчеркивают необходимость изучения нервной основы и реакции на лечение при РАС.

Хроническая венозная недостаточность (ХВН) - это состояние, которое возникает, когда венозная стенка и / или клапаны в венах ног прекращают эффективно работать, что затрудняет возвращение крови в сердце из ног. ХВН заставляет кровь «объединяться» или накапливаться в этих венах, и это объединение называется стазисом.

Что вызывает хроническую венозную недостаточность?

Вены перегоняют кровь к сердцу из всех органов тела.  Чтобы достичь сердца, кровь должна течь вен на ногах к верху.  Мышцы голени и мышцы ног должны сокращаться с каждым шагом, чтобы сдавливать вены и подталкивать кровь вверх.  Чтобы кровь текла вверх, а не вниз, вены содержат односторонние клапаны.

 Хроническая венозная недостаточность возникает, когда эти клапаны повреждаются, что позволяет крови течь в обратном направлении.  Повреждение клапана может произойти в результате старения, сидячего образа жизни или, наоборот, длительного положения стояния, а также сочетания старения и снижения подвижности.  Когда вены и клапаны ослаблены до такой степени, что крови трудно добраться до сердца, кровяное давление в венах остается повышенным в течение длительных периодов времени, что приводит к сердечно-сосудистым заболеваниям.

Во второй половине ХХ века экотоксикология в значительной степени развивалась путем перехода от одной неотложной проблемы к другой.  У нас был прорыв биоконцентрации и биомагнификации в 1970-х и 1980-х годах, стандартизация экотоксикологических тестов занимала наш разум в 1980-х и 1990-х годах, и мы вошли в этот век, с энтузиазмом погружаясь во все проблемы и вопросы.  Эта картина, вероятно, типична для любой молодой науки, но мы считаем, что экотоксикология только начинает восхождение на свой пик.

Почти равное число исследователей заявили, что наиболее важными вопросами на сегодняшний являются токсикокинетика и токсикодинамика, ландшафтная и экосистемная экотоксикология, взаимодействие между химическими веществами и природными факторами, моделирование на уровне популяции или химические смеси. Второстепенные темы включали методы экстраполяции результатов лабораторных испытаний на сценарии реального поля и наночастицы - единственная проблема, которую действительно можно назвать новой.

Пробиотики - это живые микроорганизмы, которые при введении в адекватных количествах приносят пользу здоровью хозяина.  Основными пробиотическими бактериями являются штаммы, принадлежащие к родам Lactobacillus и Bifidobacterium, хотя также использовались другие представители, такие как штаммы Bacillus или Escherichia coli.  Лактобацилы и Бифидобактерии являются двумя распространенными обитателями кишечной микробиоты человека.  Кроме того, некоторые виды используются в процессах ферментации пищи в качестве закваски или в качестве вспомогательных культур в пищевой промышленности.  За некоторыми исключениями, устойчивость к антибиотикам у этих полезных микробов сама по себе не представляет собой проблему безопасности, когда мутации или внутренние механизмы устойчивости ответственны за фенотип устойчивости.  Фактически, некоторые пробиотические штаммы с внутренней устойчивостью к антибиотикам могут быть полезны для восстановления кишечной микробиоты после лечения антибиотиками.  Однако специфические детерминанты устойчивости к антибиотикам, которые несут мобильные генетические элементы, такие как гены устойчивости к тетрациклину, часто обнаруживаются в типичных пробиотических родах и представляют собой резервуар устойчивости к потенциальным пищевым или кишечным патогенам, что представляет серьезную проблему безопасности.

Несмотря на широкое использование антибиотиков среди детей, эффекты их воздействия на развивающийся микробиом кишечника  младенцев остается недостаточно изученным.  Процесс исследования, описанный здесь, покажет, как кишечный микробиом реагирует на антибиотики и восстанавливается после них.  У детей,  проходивших лечение антибиотиком, были менее стабильные и менее разнообразные бактериальные сообщества.  Гены устойчивости к антибиотикам в кишечнике этих детей достигали пика после лечения антибиотиками, но обычно быстро возвращались к исходному уровню. Способ введения также оказал сильное долгосрочное влияние на разнообразие микроорганизмов. Данные здесь дадут представление о влиянии факторов ранней жизни, таких как способ рождения и лечение антибиотиками, на микробиом кишечника младенца.

Микробное сообщество кишечника отличается своей динамичностью в течение первых 3 лет жизни, прежде чем стабилизируется до состояния, подобного взрослому.  Однако мало что известно о влиянии факторов окружающей среды на развивающийся кишечный микробиом человека. В кишечном микробиоме большинства детей, родившихся при вагинальных родах, преобладали виды бактероидов (Bacterorids), у четверых детей, рожденных путем кесарева сечения, и около 20% детей, родившихся вагинально, не наблюдались бактероиды в первые 6–18 месяцев жизни.  Продолжительный отбор проб в сочетании с секвенированием цельного генома позволил выявить изменение уровня штамма, а также обилие генов устойчивости к антибиотикам.  Микробиота детей, которые получали антибиотик, была менее разнообразной с точки зрения, как бактериальных видов, так и штаммов.  Кроме того, наблюдались кратковременные изменения состава между последовательными образцами от детей, получавших антибиотики.  Гены устойчивости к антибиотикам, содержащиеся в микробных хромосомах, были на пике своего изобилия после лечения антибиотиками, за которым последовало резкое снижение, в то время как некоторые гены, несущие подвижные элементы, сохранялись дольше после окончания терапии антибиотиками. Результаты подчеркивают ценность длительных исследований с высокой выборкой с профилированием деформации высокого разрешения для изучения реакции на раздражение микробиома кишечника младенца.

Иммунные клетки и нейроглия взаимодействуют с нейронами, чтобы изменить чувствительность к боли и обеспечить переход от острой боли к хронической.  В ответ на травму, резидентные иммунные клетки активируются, и переносимые с кровью иммунные клетки рекрутируются на место повреждения.  Иммунные клетки не только способствуют иммунной защите, но также инициируют сенсибилизацию периферических ноцицепторов.  Посредством синтеза и высвобождения медиаторов воспаления и взаимодействия с нейротрансмиттерами и их рецепторами иммунные клетки, глия и нейроны образуют интегрированную сеть, которая координирует иммунные ответы и модулирует возбудимость болевых путей.  Иммунная система также снижает сенсибилизацию путем производства иммуногенных анальгетических и противовоспалительных или прорестворимых агентов.  Лучшее понимание роли иммунной системы в обработке боли и модуляции выявляет потенциальные цели для разработки обезболивающих препаратов и новые терапевтические возможности для лечения хронической боли.

Сложная проблема, с которой сталкиваются несколько поколений практикующих врачей, заключается в определении причины нарушения функции печени у больных раком, получающих химиотерапию.  Гепатотоксичность от химиотерапии часто возникает из-за непредсказуемой или специфической реакции.  Несмотря на замечательные успехи в понимании механизмов действия, фармакодинамики и взаимосвязи между печенью и химиотерапией, этиология токсичности для печени от различных агентов остается необъясненной. 

Развитие нарушений функции печени у пациентов,  находящихся на химиотерапии, может представлять собой сложную ситуацию.  Проблемы возникают при раковой химиотерапии, когда функция печени перед лечением является ненормальной и необходимо давать токсичные для печени препараты путем реактивации спящего вируса 1 или в результате опухоли.  Обычно используемые тесты функции печени и биопсия печени могут еще более сузить дифференциальный диагноз, характеризуя патологии; многие заболевания, инфекции и токсины вызывают предсказуемую травму.

Багато питань фізики елементарних частинок пов`язані з існуванням маси частинок.  Кажуть, що «механізм Хіггса», що складається з поля Хіггса і його відповідного бозона Хіггса, дає масу елементарним частинкам.  Під «масою» ми розуміємо інерційну масу, яка чинить опір, коли ми намагаємося прискорити об`єкт, а не гравітаційну масу, яка чутлива до гравітації.  У знаменитій формулі Ейнштейна E = mc2 «m» - це інерційна маса частинки.  У певному сенсі ця маса є суттєвою величиною, яка визначає, що в цьому місці є частка, а не пусте місто.

Ми всі знаємо і любимо бозон Хіггса, який, на жаль фізиків, був помилково позначений в засобах масової інформації як «частка Бога» - субатомна частка, вперше виявлена ​​на Великому адронному колайдері (LHC) ще в 2012 році.  Ця частка є частиною поля, яке пронизує весь простір-час;  вона взаємодіє з багатьма частинками, такими як електрони і кварки, забезпечуючи ці частинки масою.

С момента открытия электрона в 1896 году, ядра в 1911 году и нейтрона в 1931 году - частиц, составляющих атом, - до открытия бозона Хиггса в 2012 году, который позволяет атомам существовать, построение понимания Вселенной стало веком в процессе становления.  Наше общество произвело революцию в понимании человеком Вселенной и ее основного кода, структуры и эволюции.  Благодаря тщательному измерению, наблюдению и выводу мы разработали удивительно успешные преобладающие теории - Стандартные модели физики элементарных частиц и космологии, - которые являются очень предсказуемыми и которые были тщательно проверены, в некоторых случаях до 1 части на 10 миллиардов.  Это одни из самых высокоинтеллектуальных достижений в истории нашего вида;  они станут частью нашего наследия для будущих поколений на века.