Молодые учёные

Молодые ученые

В Москве состоялась "битва учёных" Science Slam - аналог конференции TED. Участники проекта рассказали нам о том, почему сегодня заниматься наукой уже не стыдно.

	Андрей Шестаков
Должность	Микробиолог, научный сотрудник кафедры микробиологии биологического факультета МГУ
Чем занимается	Исследует влияние микрофлоры на человеческий организм
Об альма-матер	Когда я говорю «мы», то имею в виду сотрудников лаборатории микробной биотехнологии Московского Университета. Активно действуем около 6 лет. Чем прекрасен биофак в частности и МГУ в целом? Тем что у нас есть этот пресловутый научный процесс, а не только образовательный. И все курсовые и дипломы студенты делают именно здесь. Внимание сейчас в основном сосредоточено на прикладных аспектах микробиологии. У нас есть технологии по переработке отходов (причем даже в условиях космоса и Арктики) на основе микроорганизмов, совсем скоро планируем внедрить разработанные в лаборатории пробиотики в космическую сферу. А вообще мы растим и поощряем пытливые умы.
Почему стал ученым:	Я заканчивал биофак, когда в России начали появляться всякого рода гранты. Вместе с группой таких же неравнодушных мы отстроили себе на выделенную сумму лабораторию. Когда у человека возникает идея, а потом вдруг появляется возможность ее реализовать и увидеть в виде продукта, рождается удивительное чувство кайфа и нужности миру. А с этим вряд ли что-то сравнится.
Совет студентам:	Россия — непаханное поле. Здесь есть возможность создавать то, что тебе нравится. Тут вполне реально стартануть с чем-то своим, набравшись западного опыта. Сейчас время смелых и способных, а не ведомых. Дерзайте, говорю вам! Смелости вам не хватает. Меньше спать, больше трудиться.

Микрофлорный легион

Все знают, что внутри нас кишит полным-полно мелких невидимых тварей. Все верно, в кишечнике у человека болтается бактериальных клеток в десять раз больше, чем наших собственных. Их десять тысяч видов. Микробное сообщество обладает в 360 раз больше функций чем мы сами. Для чего этот легион нужен? В первую очередь, микробы тупо нас кормят. То, что мы не можем доесть, проваливается вниз, доедается и возвращается нам в виде энергии. При этом бактерии кормят еще и саму трубу — кишечник. Слизистая кишечника на 70% питается от микробных метаболитов. Это впервые выяснили, когда большую популярность приобрели антибиотики. Вроде бы они безвредные, эти лекарства, а неожиданно появляется язвенный колит — дырка в трубе. Почему? Убрали бактерии. Однако есть проблемка: отчасти лишний вес человека связан с тем, что микробы очень быстро доедают продовольственные остатки.

Не тем мозгом

Наше поведение в большей или меньшей степени управляется нейромедиаторами, которые производит наш мозг. Оказывается, что микроорганизмы продуцируют точно такие же соединения. Они вместе с током крови и током жидкости из кишечника попадают в кровь и начинают воздействовать на организм наравне с нашими нейромедиаторами. Но они, конечно, не просто вселились в нас с мыслью «Наконец-то мы будем управлять этой махиной!», на самом деле между ними выстраивается оригинальный диалог. Получается, чо есть мозг-1 и мозг-2. И вот тут становится актуальным вопрос: «Каким мозгом ты думал?»

Все очень серьезно — бактерии контролируют нашу жизнь, вплоть до регулировки громкости смеха.

Скажу больше — часть менталитета управляется ими.

Feed your animals

Счастливые и накормленные микробы — это редкость. А несчастны они потому, что лишены натурпродукта — мы ведь все храним в холодильниках. Их питание, напомню, — то, что мы не можем переварить. Это растительная клетчатка и растительные волокна. Тут как раз можно поговорить и о пробиотиках — живых бактериях, положительно влияющих на здоровье человека. Формулировка мне не нравится, она из учебника. А реклама с белыми существами, которые облегченно сбрасывают шарфы, после того как их залили кефирчиком — фигня. Настоящие пробиотики должны содержать оригинальный сложный симбиоз микробов. У нас уже есть разработка, по которой можно получить кисломолочный продукт с этим удачным набором микробов. И скоро они полетят в космос. Причина простая — кишечники космонавтов в условиях гравитации нуждаются в пробиотиках особенно остро. Итак, сухое молоко плюс компания микробов доставляется на станцию. В мае мы попробовали это сделать на орбите — ферментация прошла божественно. Надеюсь, скоро настоящие полезные пробиотики можно будет просто купить в магазине.

Микроб для лампочки

То, что будущее за пробиотиками, в этом нет сомнения. Мы, например, хотим применять микробов, которые поедают нефть в Арктике. Я недавно вернулся из Мурманска, там мы буквально собирали лучших микробов, растили их, а потом высыпали — они прекрасно справлялись с задачей. Или возьмем инсулин, который очень трудно получить в лабораторных условиях. Мы знаем ген, исходно кодирующий инсулин. Берем его, вшиваем в бактерию, помещаем ее в железный ящик-ферментер, где она растет. Помимо этого, спокойно поедает питательную среду и продуцирует инсулин. Есть бактерии, которые, например, производят электричество. Мы создали такую технологию, которая позволяет кормить их отходами и получать электричество. На лампочку уже хватает. К чему это я — а все к тому, что за микробиологией будущее.

« »

	Даниил Кирьянов
Должность	Сотрудник лаборатории нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов МГУ
Чем занимается	Разрабатывает технологии «мозг-компьютер», расширяющие способности человека
Об альма-матер	Их две. Вообще я урожденный бауманец, программист-электронщик. Но еще будучи студентом МГТУ, побывал на лекции профессора МГУ и известнейшего психофизиолога Александра Каплана. Так я познакомился со своим будущим научным руководителем. Я выбирал, куда податься после универа и Каплан не отказал, стал учителем. Так что я перебежчик, потому что лаборатория нейрофизиологии и нейроинтерфейсов МГУ — суперинтересное место.
Почему стал ученым:	Загорелся идеей. Потом выиграл российский грант «Умник», небольшой и двухгодичный, 200 тысяч в год. Но с чего-то нужно начинать. Сейчас полностью погружен в проект. Надо отработать экзоскелет, систему управления моего гаджета-руки и протестировать его на инсультных пациентах. Рука почти всегда со мной в портфеле. Я вот думаю, что такие конечности смогут заменить инвалидам потерянные руки. Это фантастика. Как тут не быть ученым?
Совет студентам:	Делайте то, что любите. Каждый день.

Метод Бергера

За последнее время случилось нечто крутое. Впервые за всю историю эволюции человечества у нас появляется новый канал связи и передачи информации во внешний мир, абсолютно идущий в обход мышц. Представьте только: уже сегодня каждый из нас может научиться вводить текст напрямую от мозга, руководить руками-манипуляторами. Все как в «Звездных войнах». Как передается информация в мозгу человека? Дело в том, что в мозге есть особенные клетки, их более ста миллиардов. Все они общаются друг с другом — передают по специальным отросткам электрические импульсы. Получается особенный электрический шум, который можно измерить, подсоединив электроды к коже головы. Смачиваем гелем волосы, прислоняем электроды — дальше в ход вступает электроэнцефалограмма, которая позволяет проанализировать работу мозга, анализируя этот шум сотен тысяч миллиардов работающих нейронов. Нам еще повезло, в начале ХХ века изобретатель электроэнцефалографии Ганс Бергер пробовал эту методику на своем сыне — просто втыкал в кожу головы иглы чтобы обеспечить хороший контакт. Обычно электроэнцефалограммой диагностируется эпилепсия. Но сегодня с помощью этой технологии можно давать команду устройствами, а не просто определять характеристику мозга. Например, писать текст с помощью силы мысли, управлять инвалидной коляской.

В 2012 году группе американских ученых удалось создать систему, которая помогла полностью парализованной пациентке управлять механической рукой — брать стакан сока и пластиковые тарелочки с пиццей.

Но там применили довольно страшный метод — вживили в кору головного мозга множество электродов. Дорого, сложно и опасно.

Эффект велосипеда

Мы занимаемся методиками инвазивными, не требующими никаких операций. Мой первый нейроинтерфейс — механическая рука. Объясню, как она работает. Если вы смотрите на любые мигающие или движущиеся объекты, то после каждого резкого движения в зрительной коре отображается небольшой скачок потенциала. Сфокусируйте внимание на одном из таких объектов — энцефалограмма покажет отличие отклика на целевое мигание от мигания всех остальных штук. Система сделает вывод, какую из мигалок выбрать. Точность исследования составит порядка 90%. Мозг — агрегат с совершенной гибкостью. Мы хотим, чтобы он подстраивался под систему управления. Мой учитель Александр Каплан как-то раз в Корее пробовал руководить радиоуправляемой машинкой напрямую через мозг. Все просто — внимание на электроэнцефалограмму. Мы можем ассоциировать амплитуду альфа-ритма с командами сигналов, управляющих машинкой. Чуть выше альфа-ритм — машинка поворачивает чуть левее, ниже — правее. Дальше человеку, который смотрит на эту двигающуюся штуковину, одевают на голову шапку с проводками. Мозг улавливает взаимосвязи между движением этой машинки с собственной активностью. Пройдя небольшое обучение, человек научится регулировать свою активность так, чтобы машинка вела себя как ему захочется. Поймите: вы просто захотите, а система все сделает за вас. Поднимите свою правую руку? Как вы это сделали? Вы просто хотите, чтобы она поднялась. Тем не менее, ребенку требуется значительное время чтобы научиться овладеть своими конечностями. Так и здесь: человек, который подвергается неосознанному обучению уподобляется ребенку, который заново учится управлять неизвестным. Работает эффект велосипеда — единожды научившись, мы делаем это машинально.

Человек-паук

Это очень интересно с точки зрения медицины. Но меня занимают идеи нейрогаджетов. Помните Доктора Осьминога из комиксов? Мне всегда страстно хотелось поуправлять самому дополнительными конечностями параллельно своим рукам. Моя технология поможет сделать это, просто надев шлем. Мне неинтересны аппараты, дублирующие функции двух рук. Я хочу сделать именно параллельные щупальца. Представляете такого человека с четырьмя руками за спиной? Одна размешивает чай, вторая режет мясо, третья расчесывает волосы, а четвертая отвешивает поклон. Сейчас моя рука уже может руководить компьютерной мышью. Конечная цель — сделать нейрогарнитуру, которая поможет управлять компьютером от мозга, а в конечном итоге вообще сможет представлять дополнительную почти самостоятельную конечность. И это, ребята, переворачивает науку. У слона огромный мозжечок. Гораздо больше человеческого. Просто потому что слону потребовалось научиться управлять пятой конечностью — хоботом. Возможно, нейроинтерфейсы сильно повлияют на человека в ближайшие годы. А это следующий виток эволюции.

« »

	Дмитрий Насонов
Должность	Сотрудник Института астрономии Академии наук
Чем занимается	Занимается исследованием последних этапов жизни звезд
Об альма-матер	Закончил физфак МГУ. Кафедра экспериментальной астрономии — пожалуй, единственное место в России, где беспрепятственно дают наслаждаться изучением светил. Даже в наше испорченное время.
Почему стал ученым:	Начал вглядываться в небо.
Совет студентам:	Когда начинаете заниматься каким-нибудь делом, не думайте о деньгах.

Звезда как первоначало

Подумайте о самом начале. О первоначале. Тогда вещество находилось в экстремальных условиях, при огромном давлении и температуре. Именно при таких обстоятельствах начали возникать первые элементы. Вселенной понадобилось 17 минут, чтобы появились атомы. Еще через 60 секунд она остыла, и реакции термоядерного синтеза не могли продолжаться. Молодая Вселенная состояла всего лишь из двух элементов — водорода и гелия с небольшим количество лития. Самые старые звезды и по сей день имеют такой состав. Современный состав Вселенной остался относительно прежним с одним огромным изменением — к нему прибавился, по крайней мере, один процент более тяжелых элементов. Не путайте с процентами жирности сливок или процентом подсчета голосов на выборах. Целый процент — это громадная цифра в парадигме всего существующего. Откуда взялись эти вещества? Они были рождены в недрах звезд. Это произошло потому, что внутри звезды возможно создать такие же экстремальные условия, какие возникли в том самом начале начал. То есть, там, внутри звезд, возможны ядерные реакции. Возьмем рядовую звезду. Большое давление и плотность в этом самогравитирующем шаре может держаться довольно долго. А внутри могут проходить чудесные воплощения — например, реально производство химэлементов до группы железа. Все остальные элементы связаны со смертью светил.

Стать сверхновой

Смерть звезды достаточно красочна. Этакая бразильская феерия. Когда звезда доходит до производства элемента, она сжимается, теряет равновесие, происходит коллапс. Выделяется энергия, которая способная сделать звезду ярче целой Галактики, но всего лишь на несколько мгновений. После такой вспышки, которую мы называем вспышкой сверхновой — да-да, как в песне — появляется туманность. И вот, тяжелый элемент родился. Но они рождаются не с такой быстротой как китайские малыши — последнюю вспышку мы наблюдали 300 лет назад. И этих вспышек мне не хватает. Но в космосе есть некое бессмертие. Мелкие звезды не заканчивают свою жизнь после взрыва. Они медленно сбрасывают оболочки и тоже образуют элементы, только после группы железа. Белый карлик это фактически мертвый остаток звезды, который разбросал после себя такие оболочки. И знаете, в чем тут уникальность?

Мы можем наблюдать волшебное зрелище планетарной туманности — пожалуй, самое эффектное, что способен увидеть глаз человека в своей жизни.

По имени Солнце

За полевой завесой туманности скрыто самое интересное. То, что невидимо — моя работа. Бублик из газа и пыли скрывает от нас центральную систему. Но мы можем подсмотреть туда, если будем наблюдать за светом, отраженным от центрального объекта. Изучение всего этого дает информацию о прошлом Вселенной и ее будущем. Тут я пользуюсь методом спектроскопии — разлагая свет на цветовые составляющие — фактически, радугу на цвета — мы получаем знания, скрытые в спектре. Изучая спектр, получаем информацию о химическом составе планет — это удивительно. Именно те атомы, которые были рождены в космическом салюте, отвечают за цвета фейерверков, которые взрывают пацаны каждый Новый год. Совсем недавно было установлено, что за возникновением части тяжелых элементов ответственны еще более экзотические события — слияние нейтронных звезд. Для тех, кто спрашивает зачем это все нужно и когда остынет солнце кратко скажу, что Солнцу жить еще по крайней мере 5 миллиардов лет. Человечеству жить меньше. А все потому, что скоро эта планета будет светить на 25% ярче. То есть, высушит всю воду на Земле. 2 — 3 миллиарда лет нам осталось, товарищи. Немного, конечно, но время еще есть.

« »

	Георгий Шахгильдян
Должность	Ведущий инженер Международного центра лазерных технологий
Чем занимается	Разрабатывает методику лечения рака с помощью радиоактивных материалов
Об альма-матер	Кафедра химической технологии стекла и ситаллов РХТУ им. Менделеева относится к факультету технологии неорганических и высокотемпературных материалов. На протяжении лет пяти мы выигрываем мегагранты Министерства Образования. Сейчас, например, идет разработка кардинально нового материала — оптической 5D памяти. С помощью фемтосекундного лазера мы записываем в стекле огромное количество информации. Это пятимерная запись, которая позволяет хранить в одном кубическом сантиметре стекла в миллионы раз больше, чем на любом существующем жестком диске. У нас есть деньги, оборудование, мы разрабатываем новые материалы. И самое крутое — наши проекты коммерчески выгодные.
Почему стал ученым:	Захотел, чтобы россияне перестали умирать от рака
Совет студентам:	У нас много крутого оборудования. Приходите, будет интересно.

Breaking bad

Рака боятся все. Более 3 миллионов больных только в России. Каждый день полторы тысячи человек узнают, что у них внутри опухоль. Тысяча умирает в нашей стране каждый день. Проблема в том, что видов этого заболевания множество. А вот способов лечения всего три. Первый — классическая хирургия. Пораженные ткани просто отрезают, органы пересаживают. Проблема в том, что множество органов просто неоперабельны. Следующий метод — химиотерапия. Больной принимает горстями яды и токсины, которые губительно влияют на раковые клетки. Тут другая особенность — здоровые клетки гибнут вместе с раковыми. Облысение, тошнота, рвота, слабость. Ну вы же смотрели Breaking bad? О нормальной жизни после интенсивной химиотерапии придется забыть. И последний третий вид лечения — лучевая терапия, когда опухоль облучается потоком радиации. Локально облучить зону фактически не получается, в результате свою долю радиации принимают и здоровые ткани. После такого лечения человека вряд ли получится когда-нибудь назвать здоровым. С печенью дела обстоят еще сложнее. 90% рака печени неоперабельны, примени лучевую терапию — она полностью разрушит и так несчастный орган. Остается химиотерапия. Или кое-что новенькое.

Удар по печени

Я имею в виду радиоэмболизацию. Мы берем раковые клетки в осаду. То есть, подводим к зараженной клетке микроисточник радиации изнутри организма. Действуя локально, он побеждает врага.

В тоже время эти источники закупоривают сосуды и перекрывают питание раковым клеткам, которые постоянно просят жрать.

Получается, что метод восхитительный. Осталось только разработать этот источник радиоэмболизации, умеющий раздавать радиацию, убивающий раковые клетки и химически инертный по отношению к организму. А еще он должен быть механически прочен и идеально сферичен. К девушке, которой делаешь предложение, меньше требований, правда?

Стеклянная работа

Какой же материал использовать для создания этих супершариков? Стекло. Сначала все говорили: «Подожди, это же печень. Какое стекло?!» На то и инженерия — мы можем контролировать свойства вещества. То есть, моя работа — варить такое особенное стекло. Секретный состав я закладываю в платиновые кастрюльки (тигли) и варю в электрических печах. Бывает горячо — 1600 градусов. Из бесформенного куска получившегося стекла делаем порошок, просеиваем и запускаем в пламя 6000 градусов с потоком инертного газа аргона. Получаем микросферы. Следующий вопрос — как заставить эти кругляшки лечить рак. В стекле есть изотоп Иттрия № 89. Если мы его облучим потоком нейтронов, он как Халк превратится в изотоп Иттрий № 90, который активно излучает радиацию и имеет терапевтически выгодные. характеристики. Все! Больному через катетер вводятся микросферы и доставляются по потоку крови к раковым клеткам. Там они накапливаются, закупоривают сосуд и убивают адские раковые скопления. Занавес. Через день после операции больной может быть свободен, через неделю-две излучение полностью прекращается. Недавно в Москве была проведена операция, где использовались наши микросферы. Рак, друзья мои, отступил. И это победа.