Травма спинного мозга может привести к нарушению связи между головным мозгом и областью спинного мозга, отвечающей за ходьбу, что может привести к необратимому параличу. Чтобы восстановить эту связь, команда разработала интерфейс «мозг-позвоночник», состоящий из двух имплантируемых систем: одна для записи активности коры, а другая для электрической стимуляции области спинного мозга, которая контролирует движение ног.
Для мониторинга сигналов от мозга в мозг участника вживляют 64-канальную сетку электродов в областях, которые реагируют на намерение пошевелить нижними конечностями. Алгоритм на основе искусственного интеллекта затем декодирует эти сигналы мозга в режиме реального времени, чтобы предсказать двигательные намерения пользователя, и преобразует их в команды стимуляции для активации мышц ног.
Второе устройство представляет собой нейростимулятор, подключенный к электродной решетке, имплантированной в область спинного мозга, контролирующую движение ног. Это устройство обеспечивает необходимую электрическую стимуляцию для активации мышц ног, по сути создавая цифровой мост между головным и спинным мозгом. Вся система работает без проводов, позволяя пользователю передвигаться самостоятельно.
Команда протестировала систему на 38-летнем мужчине, получившем травму спинного мозга в результате аварии на велосипеде 10 лет назад. После операции по имплантации мост позволил участнику восстановить интуитивный контроль над движениями ног, что позволило ему стоять, ходить с костылями, подниматься по лестнице и преодолевать сложную местность. Интерфейс мозг-позвоночник оставался надежным и стабильным более года использования, в том числе дома без присмотра.
Это исследование приносит надежду людям с травмами спинного мозга, и поэтому мы очень рады назвать его «Прорывом года» в 2023 году.
Критерий выбора
Ассоциация Мир физики «Прорыв года 2023» был выбран группой экспертов Мир физики редакторов, которые просмотрели сотни обновлений исследований и новостей, опубликованных на веб-сайте в этом году во всех областях физики. Помимо сообщения в Мир физики в 2023 году победитель должен соответствовать следующим критериям:
- Значительный прогресс в знаниях или понимании
- Важность работы для научного прогресса и/или разработки реальных приложений
- Представляет общий интерес для Мир физики читатели
Девять занявших вторые места, вошедшие в нашу десятку лучших прорывов 10 года, перечислены ниже в хронологическом порядке того, когда о них было сообщено в журнале. Мир физики.
к Ксенофонт Стракосас, Ханне Бисманс, Магнус Берггрен и коллегам из Университета Линчепинга, Лундского университета и Гетеборгского университета за разработку способа создавать электронные схемы непосредственно внутри живой ткани. Взаимодействие нервной ткани с электроникой дает возможность изучить сложную электрическую передачу сигналов нервной системы или модулировать нейронные схемы для лечения заболеваний. Однако несоответствие между жесткой электроникой и мягкими тканями может привести к повреждению деликатных живых систем. Вместо этого команда использовала инъекционный гель для создания мягких электродов непосредственно внутри тела. После инъекции в живую ткань ферменты геля расщепляют эндогенные метаболиты в организме, что запускает ферментативную полимеризацию органических мономеров геля, превращая их в стабильные мягкие проводящие электроды. Исследователи проверили этот процесс, вводя гели рыбкам данио и медицинским пиявкам, где гель полимеризовался и выращивал электроды внутри тканей.
к Теджин Кай в Рочестерском университете в США и Йоркском университете в Канаде, а также коллеги, работающие над Фермилабом. МИНЕРВА эксперимент, показывающий, как информацию о внутренней структуре протона можно получить из рассеяния нейтрино на пластиковой мишени. Нейтрино — это субатомные частицы, которые известны тем, что редко взаимодействуют с материей. Поэтому возникли сомнения, когда Цай, постдокторант, предположил, что можно наблюдать случайное рассеяние нейтрино на протонах в пластике. Большой проблемой для команды было наблюдение сигнала нейтрино, рассеянного одиночными протонами (ядрами водорода) на гораздо более обширном фоне нейтрино, рассеянных протонами, связанными в ядрах углерода. Чтобы решить эту проблему, они смоделировали сигнал рассеяния углерода и тщательно вычли его из экспериментальных данных. Помимо предоставления информации о структуре протона, этот метод также может пролить свет на то, как нейтрино взаимодействуют с материей.
Селии Вирманн и Маркус Оберталер Гейдельбергского университета, Германия, совместно с Стефан Флерхингер из Йенского университета (Германия) и коллег из Мадридского университета Комплутенсе (Испания), Рурского университета в Бохуме (Германия) и Свободного университета Брюсселя (Бельгия) за использование конденсата Бозе-Эйнштейна (БЭК) для моделирования расширяющейся Вселенной и квантовые поля внутри него. В этой моделируемой системе конденсат представлял Вселенную, а движущиеся через нее фононы играли роль квантовых полей. Изменяя длину рассеяния атомов в БЭК, команда заставила «вселенную» расширяться с разной скоростью и изучила, как фононы вызывают в ней флуктуации плотности. Теории космологии предсказывают, что подобные эффекты были ответственны за зарождение крупномасштабных структур в ранней Вселенной, поэтому смоделированная Вселенная может дать ценную информацию о том, как реальная Вселенная стала такой, какая она есть сегодня.
к Ромен Тироль и Риккардо Сапиенциз Имперского колледжа Лондона и его коллегам за демонстрацию двухщелевой интерференции Янга во времени.. Наблюдение интерференции световых волн в XIX веке с помощью Томас Янг Это один из самых знаковых экспериментов в истории физики, обеспечивший фундаментальную поддержку волновой теории света. Хотя этот эксперимент и другие подобные ему включают дифракцию света через пару узких щелей в пространстве, исследователи из Великобритании и других стран показали, что можно достичь эквивалентного эффекта, используя двойные щели во времени. Временной аналог предполагает фиксированный импульс, но изменяющуюся частоту. Материал, в котором две щели быстро появляются, а затем исчезают одна за другой, должен заставлять приходящие волны сохранять свой путь в пространстве, но распространяться по частоте. Исследователи добились этого, дважды быстро включив и выключив отражательную способность полупроводникового зеркала и зафиксировав интерференционные полосы вдоль частотного спектра света, отраженного от зеркала. Они увидели, что интерференция происходит между волнами разных частот, а не между разными пространственными положениями. Работа может иметь несколько применений, таких как оптические переключатели для обработки сигналов и связи или в оптических вычислениях.
к Бен Ланион и коллегам из Университета Инсбрука (Австрия) и Университета Париж-Сакле (Франция) за создание квантового ретранслятора и использование его для передачи квантовой информации на расстояние 50 км по стандартным телекоммуникационным волокнам, продемонстрировав тем самым все ключевые функциональные возможности квантовая сеть на больших расстояниях в одной системе. Команда создала свой квантовый повторитель из пары захваченных ионов кальция-40, которые излучают фотоны после облучения лазерным импульсом. Эти фотоны, каждый из которых запутан со своим «родительским» ионом, затем преобразуются в телекоммуникационные длины волн и передаются по отдельным оптическим волокнам длиной 25 км. Наконец, повторитель меняет запутанность двух ионов, оставляя два запутанных фотона на расстоянии 50 км друг от друга — примерно такое расстояние, необходимое для создания крупномасштабных сетей с множеством узлов.
Со Вай Хла, Волкер Роуз at Национальная лаборатория Аргон в США и коллеги для визуализации отдельного атома с помощью синхротронного рентгеновского излучения. До недавнего времени наименьшим размером образца, который можно было проанализировать с помощью синхротронной рентгеновской сканирующей туннельной микроскопии, был аттограмм, который составлял около 10,000 1 атомов. Это связано с тем, что рентгеновский сигнал, создаваемый одним атомом, чрезвычайно слаб, и обычные детекторы недостаточно чувствительны, чтобы его обнаружить. Чтобы обойти эту проблему, команда добавила к обычному рентгеновскому детектору острый металлический наконечник, который размещается всего на расстоянии XNUMX нм над исследуемым образцом. Когда острый наконечник перемещается по поверхности образца, электроны туннелируют через пространство между наконечником и образцом, создавая ток, и это, по сути, обнаруживает «отпечатки пальцев», уникальные для каждого элемента. Это позволило команде объединить сверхвысокое пространственное разрешение сканирующей туннельной микроскопии с химической чувствительностью, обеспечиваемой интенсивным рентгеновским освещением. Этот метод может найти применение в дизайне материалов, а также в науке об окружающей среде благодаря способности отслеживать токсичные материалы до чрезвычайно низких уровней.
К ЭЙГЕР Сотрудничество за использование космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) для поиска убедительных доказательств того, что ранние галактики были ответственны за реионизацию ранней Вселенной. Реионизация произошла примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва и включала ионизацию газообразного водорода. Это позволило свету, который был бы поглощен водородом, попасть в современные телескопы. Реионизация, похоже, началась с локальных пузырей, которые росли и сливались. Эти пузыри могли быть созданы источниками радиации, и одна из возможностей состоит в том, что они исходили от звезд в галактиках. Исследователи EIGER использовали камеру ближнего инфракрасного диапазона JWST, чтобы наблюдать за светом древних квазаров, прошедшим через ионизированные пузыри. Они обнаружили корреляцию между расположением галактик и пузырей, предполагая, что свет этих ранних галактик действительно был ответственен за реионизацию.
Мэн Вану, Сунлинь Ши и Джей Файнберг Еврейского университета в Иерусалиме, Израиль, за открытие того, что трещины в некоторых материалах могут распространяться быстрее скорости звука. Результат противоречит как предыдущим экспериментальным результатам, так и предсказаниям, основанным на классической теории, которая утверждает, что сверхзвуковое распространение трещины не должно быть возможным, поскольку скорость звука в материале отражает, насколько быстро механическая энергия может перемещаться через него. Наблюдения группы могут указывать на наличие так называемой динамики «суперсдвига», управляемой принципами, отличными от тех, которые управляют классическими трещинами, как предсказывает Майкл Мардер из Техасского университета в Остине, США, почти 20 лет назад.
К АЛЬФА Сотрудничество за то, что показал, что антиматерия реагирует на гравитацию почти так же, как материя. Физики использовали эксперимент АЛЬФА-g в ЦЕРНе, чтобы провести первое прямое наблюдение свободно падающих атомов антивещества – антиводорода, который состоит из антипротона, связанного с антиэлектроном. Это было сделано в высокой цилиндрической вакуумной камере, в которой антиводород сначала находился в магнитной ловушке. Антиводород был выпущен из ловушки и подвергнут аннигиляции у стенок камеры. Команда обнаружила, что ниже точки выброса произошло больше разрушений, чем выше нее. Рассмотрев тепловое движение антиводорода, команда пришла к выводу, что антиматерия падает вниз. Примечательно, что ускорение антиводорода под действием силы тяжести составляло около 75% от ускорения обычной материи. Хотя это измерение имеет низкую статистическую значимость, оно оставляет дверь открытой для новой физики за пределами Стандартной модели.
Похвальная грамота
Почетное упоминание в нашей десятке лучших в этом году достается физикам, работающим над проектом стоимостью 10 миллиарда долларов. Национальное средство зажигания (NIF) в США за работу, которая была выполнена в лаборатории в конце прошлого года после того, как мы выбрали победителей 2022 года (и, таким образом, упускаем и наш прорывной выбор 2023 года). 13 декабря 2022 года лаборатория объявило выработка большего количества энергии в результате контролируемой реакции ядерного синтеза, чем необходимо для обеспечения реакции. Лазерный выстрел, произведенный 5 декабря 2022 года, высвободил 3.15 миллиона джоулей (МДж) энергии из крошечной гранулы, содержащей два изотопа водорода – по сравнению с 2.05 МДж, которые эти лазеры доставили к цели. Эта демонстрация чистого прироста энергии знаменует собой важную веху в лазерном синтезе.
Мир физикиосвещение «Прорыва года» поддерживается Отчеты о прогрессе в физике, который обеспечивает беспрецедентную наглядность ваших новаторских исследований.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/brain-computer-interface-that-allowed-a-paralysed-man-to-walk-is-the-physics-world-2023-breakthrough-of-the-year/
- :имеет
- :является
- :нет
- :куда
- $3
- 000
- 1
- 10
- 13
- 15%
- 160
- 20
- 20 лет
- 2022
- 2023
- 50
- a
- способность
- О нас
- выше
- поглощенный
- AC
- ускорение
- авария
- Достигать
- достигнутый
- через
- деятельность
- добавленный
- дополнение
- продвижение
- После
- алгоритм
- Все
- разрешено
- Позволяющий
- вдоль
- причислены
- Несмотря на то, что
- an
- Древний
- и
- кроме
- появиться
- появляется
- Приложения
- МЫ
- около
- массив
- искусственный
- AS
- собранный
- At
- атом
- Остин
- Austria
- автоматический
- фон
- основанный
- BE
- БЭК
- , так как:
- было
- начал
- не являетесь
- Бельгии
- ниже
- между
- Beyond
- большой
- Большой взрыв
- миллиард
- тело
- изоферменты печени
- связанный
- Мозг
- Ломать
- прорыв
- прорывы
- МОСТ
- Приносит
- но
- by
- призывают
- пришел
- камера
- CAN
- углерод
- осторожно
- Вызывать
- CERN
- определенный
- вызов
- камера
- изменения
- химический
- выбор
- нажмите на
- подниматься
- коллеги
- Колледж
- объединять
- Связь
- сравненный
- неотразимый
- полный
- комплекс
- состоит из
- содержащий
- вычисление
- в заключении исследования, финансируемого Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) и написанного бывшим начальником полиции Вермонта
- проведение
- подключенный
- принимая во внимание
- строительство
- контроль
- контроль
- контрольная
- обычный
- переделанный
- преобразование
- Корреляция
- Космология
- может
- охват
- трещина
- Создайте
- создали
- Создающий
- Критерии
- Текущий
- повреждения
- данным
- Декабрь
- поставляется
- обеспечивает
- демонстрирующий
- плотность
- Проект
- обнаруживать
- развитый
- развивающийся
- Развитие
- устройство
- различный
- Интернет
- направлять
- непосредственно
- исчезать
- обнаружение
- Болезнь
- расстояние
- сделанный
- Двери
- двойной
- вниз
- два
- динамика
- каждый
- Ранее
- Рано
- Ранняя Вселенная
- редакторы
- эффект
- эффекты
- Электронный
- Electronics
- электронов
- элемент
- в другом месте
- включен
- позволяет
- энергетика
- достаточно
- окружающий
- ферментативный
- Эквивалент
- по существу
- , поскольку большинство сенаторов
- Расширьте
- расширяющийся
- опытные
- эксперимент
- экспериментальный
- Эксперименты
- чрезвычайно
- Водопад
- ложный
- знаменитый
- быстрее
- Поля
- в заключение
- Найдите
- First
- фиксированной
- колебания
- после
- Что касается
- найденный
- Франция
- частота
- от
- функциональные возможности
- фундаментальный
- далее
- слияние
- Gain
- Galaxies
- ГАЗ
- Общие
- поколение
- Germany
- получить
- GitHub
- идет
- регулируется
- вес
- выросли
- сетка
- новаторское
- инструкция
- было
- происходит
- Есть
- имеющий
- Сердце
- иврит
- Герой
- помог
- его
- его
- история
- Главная
- надежды
- Как
- Однако
- HTML
- HTTP
- HTTPS
- Сотни
- Гидрирование
- знаковых
- Зажигание
- изображение
- Изображениями
- императорский
- Имперском Колледже
- Имперский колледж Лондона
- in
- В том числе
- Входящий
- самостоятельно
- указывать
- individual
- информация
- внутри
- размышления
- вместо
- Намерение
- намерения
- взаимодействовать
- взаимодействующий
- интерес
- Интерфейс
- вмешательство
- в нашей внутренней среде,
- в
- интуитивный
- включать в себя
- вовлеченный
- включает в себя
- изотопы
- Израиль
- вопрос
- IT
- ЕГО
- Джеймс
- космического телескопа Джеймса Вебба
- JPG
- всего
- Основные
- знания
- лаборатория
- крупномасштабный
- больше
- лазер
- лазеры
- Фамилия
- В прошлом году
- Поздно
- вести
- уход
- Длина
- уровни
- легкий
- такое как
- Включенный в список
- жизнью
- локальным
- места
- логотип
- Лондон
- посмотреть
- Низкий
- низкие уровни
- ниже
- сделанный
- поддерживать
- основной
- сделать
- человек
- материала
- Конструкция материалов
- материалы
- Вопрос
- макс-ширина
- Май..
- измерение
- механический
- лекарственный
- Встречайте
- упомянуть
- Микроскопия
- веха
- миллиона
- зеркало
- промахов
- MJ
- модель
- Импульс
- монитор
- БОЛЕЕ
- самых
- движение
- Мотор
- двигаться
- переехал
- движение
- движения
- перемещение
- много
- с разными
- должен
- национальный
- Возле
- почти
- необходимый
- сеть
- сеть
- сетей
- нервный
- нейтрино
- Новые
- Новости
- 9
- узел
- узлы
- "обычные"
- ядерный
- Термоядерная реакция
- наблюдение
- наблюдения
- наблюдается
- случайный
- произошло
- of
- от
- Предложения
- Огайо
- on
- ONE
- открытый
- работает
- or
- заказ
- органический
- Другое
- Другое
- наши
- внешний
- за
- пара
- панель
- участник
- Прошло
- путь
- Люди
- выполнены
- постоянный
- фотон
- Физика
- Мир физики
- взял
- размещенный
- пластик
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- играл
- довольный
- Точка
- позиции
- возможность
- возможное
- мощностью
- предсказывать
- предсказанный
- Predictions
- присутствие
- предыдущий
- Принципы
- Проблема
- процесс
- обработка
- производит
- Произведенный
- производит
- Прогресс
- распространение
- протоны
- при условии
- приводит
- обеспечение
- опубликованный
- импульс
- Квантовый
- квантовая информация
- САЙТ
- быстро
- излучение
- быстро
- редко
- Стоимость
- скорее
- реакция
- реальные
- реальный мир
- реального времени
- недавно
- запись
- запись
- отражает
- вернуть себе
- область
- районы
- освободить
- выпустил
- складская
- остались
- Сообщается
- Отчеты
- представленный
- обязательный
- исследованиям
- исследователь
- исследователи
- Постановления
- Реагируйте
- ответственный
- восстановление
- результат
- Итоги
- жесткий
- рисках,
- Роли
- грубо
- то же
- видел
- сканирование
- рассеянный
- Наука
- научный
- Во-вторых
- полупроводник
- чувствительный
- чувствительность
- послать
- отдельный
- несколько
- острый
- проливать
- выстрел
- должен
- показал
- показ
- сигнал
- сигналы
- значение
- аналогичный
- одинарной
- Размер
- So
- мягкая
- РЕШАТЬ
- Звук
- Источники
- Space
- космический телескоп
- Испания
- пространственный
- Спектр
- скорость
- распространение
- стабильный
- стоять
- стандарт
- Звезды
- Область
- статистический
- стимулировать
- Истории
- Структура
- учился
- Кабинет
- субатомные частицы
- такие
- сверхзвуковой
- надзор
- поддержка
- Поддержанный
- Поверхность
- Хирургия
- свопы
- система
- системы
- цель
- команда
- техника
- связь
- Телекоммуникации
- телескоп
- телескоп
- проверенный
- Техас
- чем
- который
- Ассоциация
- Великобритании
- их
- Их
- тогда
- теория
- Там.
- тем самым
- тепловой
- Эти
- они
- этой
- В этом году
- те
- Через
- миниатюрами
- время
- тип
- туалетная бумага
- ткани
- в
- сегодня
- вместе
- слишком
- топ
- Топ-10
- прослеживать
- перевод
- ловушке
- путешествовать
- траверс
- лечить
- вызвать
- тоннель
- Поворот
- Дважды
- два
- Uk
- созданного
- Вселенная
- Университет
- беспрецедентный
- до
- Updates
- us
- использование
- используемый
- Информация о пользователе
- через
- вакуум
- подтверждено
- ценный
- очень
- с помощью
- видимость
- от
- ходьба
- Ван
- законопроект
- Wave
- Длины волн
- волны
- Путь..
- we
- Web
- Вебсайт
- ЧТО Ж
- были
- когда
- который
- в то время как
- КТО
- все
- зачем
- победитель
- Победители
- в
- без
- Работа
- работает
- Мир
- бы
- рентгеновский
- год
- лет
- йорк
- ВАШЕ
- зефирнет