Финансовые банки и франки, часы, ножи, шоколад, Альпы… Это то, что еще недавно прежде всего остального всплывало в памяти при упоминании о Швейцарии. После обучающей поездки, организованной Швейцарской ассоциацией научных журналистов для коллег из подобных организаций, входящих в EUSJA (Европейский союз ассоциаций научных журналистов), стало совершенно ясно, что Швейцария, в первую очередь, страна науки, образования и инноваций. Целью поездки было знакомство с ее научными и техническими достижениями.
Корона Цюриха
На высоком берегу реки Лиммат обращают на себя внимание два больших красивых купола. Сами здания, увенчанные ими, напоминают дворцы — недаром их называют “Корона Цюриха”. Но обитают там не короли, а студенты и ученые. Это ETH, Федеральная политехническая школа Цюриха, и UZH, университет, который, в отличие от ETH, находится в ведомстве кантона.
Оба вуза входят в тройку лучших университетов Швейцарии. Оба имеют славную историю. Среди студентов и преподавателей ETH, например, 21 нобелевский лауреат! В UZH чуть поменьше — 12. Альберта Эйнштейна считают “своим” оба вуза. Университеты тесно взаимодействуют — еще в 1908 году между кантоном Цюриха и Швейцарским федеральным правительством было подписано соглашение, устанавливающее сотрудничество ETH и UZH с целью интеграции научных исследований. И в наши дни в Цюрихе есть научные структуры, в которых задействованы ученые обоих университетов.
“Оскар” за дым без огня
Маркус Гросс, профессор в области компьютерной графики ETH, с 2008 года возглавляет Диснеевскую исследовательскую лабораторию в Цюрихе (“Disney Research Zuerich”, DRZ). Год назад, в феврале 2013-го, группе ученых под его руководством была торжественно вручена премия “Оскар” за технические достижения от Академии кинематографических искусств и наук (AMPAS). История этого достижения сама достойна диснеевского сюжета. Разрабатывая компьютерную программу “Турбулентные вихри”, ее авторы никак не рассчитывали на громкую славу — главной целью четырех исследователей было решить сложную задачу, опубликовать работу и представить ее на ведущей конференции компьютерных графиков SIGGRAPH. Им удалось создать программу, позволяющую создать на экране живое изображение дыма — со всеми его завихрениями, завитками, струйками и множеством других деталей. Раньше на то, чтобы показать, скажем, взрыв или извержение вулкана, создатели спецэффектов для фильмов должны были тратить уйму времени и денег. Программа “Турбулентные вихри” позволяет получить нужное быстро и дешево, а дым выглядит едва ли не реальнее, чем настоящий. Ученые не стали патентовать свою работу, а просто ее опубликовали. И она тут же была замечена студиями, специализирующимися на спецэффектах для киноиндустрии, и вскоре стала очень востребованной в Голливуде. Впервые эту разработку в 2009 году использовала кинокомпания “Dream Works” в фильме “Монстры против пришельцев”. На сегодняшний день “Турбулентные вихри” применялись примерно в двух десятках голливудских фильмов, среди которых такие, как “Алиса в стране чудес”, “Аватар”, “Шерлок Холмс”, “Хранитель времени”…
Программа была разработана еще до создания лаборатории. Возможно, ее ценность для киноиндустрии и стала причиной того, что именно в Цюрихе была основана масштабная Диснеевская исследовательская лаборатория, руководить которой предложили Маркусу Гроссу. Академические партнеры лаборатории — ETHZ и университет Карнеги Меллон, США, но привлекаются и другие специалисты со всего мира. Сегодня в DRZ 45 исследователей ведут свыше 70 различных проектов в области графики, компьютерной анимации, моделирования лиц, обработки видеосигнала, беспроводной коммуникации… Недавно, например, здесь был разработан новый метод высококачественного моделирования лиц, в котором за основу берется образ, полученный бинокулярной камерой. Еще одна новая программа позволяет моделировать изображение отдельных волосков на лице движущегося героя. Это также экономия времени и денег — если раньше художник-мультипликатор должен был нарисовать десятки рисунков на каждую секунду экранного времени, то специализированные компьютерные программы делают это легко и быстро.
К сожалению, с самим профессором Маркусом Гроссом встретиться не удалось. О его работе и деятельности лаборатории в целом журналистам увлекательно рассказал Стефан Мангольд, старший научный сотрудник DRZ. Он руководит группой, которая работает в области беспроводной коммуникации и мобильных вычислений. В частности, предметом его презентации стали технологии Visible light communication, VLC (дословно — связь посредством видимого света). Это реальная альтернатива коммуникации, основанной на радиосигналах. Кроме радиоуправляемых игрушек могут быть и игрушки “светоуправляемые”. Технологии VLC позволяют задавать им определенную программу действий. Светодиодные лампы (LED) нового поколения излучают свет очень сильной яркости. Благодаря большой скорости мерцания LED-ламп достигается высокая скорость передачи данных (по принципу: лампа включена — передается цифровая единица, выключена — ноль).
Ученые DRZ внесли значительный вклад в развитие сетевых систем для VLC. Связь посредством видимого света создает возможности для экономичных, безопасных и экологически чистых беспроводных коммуникационных решений.
“Мы фокусируемся на дистанционно управляемых иг-рушках (connected toys) и беспроводных ламповых сетях Li-Fi, — говорит Стефан. — Цель — создание всей системы, от опытных образцов оборудования до коммуникационных протоколов и приложений”.
Лечение по расчету
С Университетом Цюриха связаны имена Зигмунда Фрейда и Карла Юнга, первооткрывателей тайн глубин человеческой психики. Когда-то Карл Юнг вместе с нобелевским лауреатом 1945 года физиком Робертом Паули (с 1928 года и до конца жизни бывшим профессором ETH) пытались найти взаимосвязь между глубинной психологией и физикой элементарных частиц, нащупать единство качественных и количественных характеристик реальности.
Сегодня сходную задачу решают уже на новом научном и технологическом уровне ученые Университета и Федеральной политехнической школы Цюриха. Профессор Клаас Энно Стефан (на снимке слева) и его исследовательский коллектив разрабатывают математические модели для изучения психических болезней. Их долгосрочная цель — выйти на такие тесты для психиатрии, которые бы позволили быстро и точно определить диагноз, а также предложить пациенту индивидуально дозированное и направленное лечение.
— Для диагностики различных заболеваний тела в медицине сегодня существует более трех тысяч признанных исследований — анализы крови, измерение давления, кардиограммы и так далее, — рассказал профессор Клаас Энно Стефан. — В психиатрии же только один диагностический инструмент — “Диагностическое и статистическое руководство по психическим расстройствам”. В нем приводятся пять основных симптомов шизофрении, если у человека два или более симптомов выражены в течение месяца — это повод для обращения к врачу. Но одни и те же симптомы могут быть проявлением разных процессов в организме. Врач действует методом проб и ошибок, меняя дозы и лекарства, ориентируясь на симптоматику. Ему не сразу удается определить схему лечения, подходящую для конкретного пациента. И могут пройти месяцы, прежде чем будет подобрано эффективное лекарство. Теряется время, из-за побочных эффектов ухудшается физическое здоровье, что не очень-то радостно для пациента.
Анализируя образы работающего мозга, полученные средствами функциональной магнитно-резонансной томографии, мы разрабатываем математические модели, на основе которых создаем тесты. Как заметил Джорж Бокс, “все модели неправильные, но некоторые из них полезны”. Конечно, модели упрощают реальные скрытые процессы, происходящие в мозге человека. Но они действительно отражают видимую активность мозга, а главное — позволяют сделать заключение о причинах психических заболеваний.
У Клааса Анно Стефана — три образования (в области медицины, компьютерных наук, математики) и две степени (PhD в сфере компьютерных нейронаук и доктор медицины). Структура, которой руководит профессор, работает с 2012 года, она называется Отдел трансляционного нейромоделирования (The Translational Neuromodeling Unit — TNU) в Институте биомедицинской инженерии, объединенного подразделения Университета Цюриха (медицинский факультет) и Федеральной политехнической школы Цюриха (департамент информационных технологий и электротехники). Благодаря кооперации между университетами и грантам TNU был создан очень оперативно, без всякой бюрократической волокиты. Здесь эксперты по информационным технологиям и инженеры работают вместе с биологами, психологами, докторами, медперсоналом. В распоряжении ученых — собственное амбулаторно-исследовательское подразделение (у университета — свой большой госпиталь), два томографа мощностью 3 и 7 тесла, ЭЭГ-системы, а также лаборатория поведения, лаборатория нейрофизиологии, фармакологическая лаборатория и высокопроизводительный вычислительный кластер. Впечатляюще, не правда ли?
С помощью уже разработанной “простой математической модели” (по выражению профессора) можно диагностировать болезнь, а также разделить больных на три группы по степени тяжести заболевания. Как популярно объяснил Клаас Энно Стефан, модель рассчитывает “прочность сцепления”, то есть интенсивность коммуникаций между тремя выбранными областями мозга. Получив теоретические диагнозы с помощью модели, исследователи проверили их на практике: предложили всем тестируемым простые задания на рабочую память и “записали” активность мозга. Анализ полученных образов показал различие между “прочностью сцепления” трех областей мозга у контрольной группы (здоровых) и пациентов. И когда эти результаты сравнили с клиническими симптомами, то обнаружили, что группы, на которые разделились испытуемые по результатам теста и практической проверки этих результатов, вполне соответствуют различным степеням тяжести шизофрении.
Чтобы начать применять эту модель в широкой практике, необходимы дальнейшие исследования — например, тестирование пациентов, которые еще не принимали медикаменты. Тогда можно будет наблюдать во времени, как развивается болезнь, какие лекарства помогают и подтверждаются ли предсказания модели относительно развития заболевания.
Одна из наиболее частых причин нарушений работы психики — дисбаланс нейромедиаторов, посредством которых электрический сигнал передается от одного нейрона к другому. Еще одна математическая модель, над которой работают ученые TNU, связана с диагностикой и лечением заболеваний, вызванных этим дисбалансом (например, болезней Альцгеймера и Паркинсона).
(Продолжение следует — https://poisknews.ru/theme/international/10175/)
Наталия БУЛГАКОВА
Фото автора
Нет комментариев