В правительстве РФ подвели итоги конкурса на получение финансирования для создания ряда исследовательских центров в сфере искусственного интеллекта. В число шести победителей вошел Новосибирский государственный университет. Согласно условиям конкурса, каждый центр будет иметь четкую отраслевую направленность, НГУ остановил выбор на направлении «Строительство и городская среда («умный город»)».

«Почему мы решили сосредоточиться на теме «умного города»? Во-первых, сейчас строится новый кампус университета по программе кампусов международного уровня, а значит там будут не только новые здания, но и новые технологии. Кроме того, строительная отрасль в Новосибирске является одной из наиболее активных. Там жесткая конкуренция и отличная среда для внедрения высокотехнологичный решений», — объяснил выбор тематики директор Высшего колледжа информатики НГУ Алексей Окунев.

Условия конкурса предусматривают совместное финансирование работы центра государством и индустриальными партнерами университета (известно, что участие в проекте будут принимать Сбер, Ростелеком, Сибирская генерирующая компания и еще целый ряд предприятий и организаций), общая сумма финансирования за три года превысит 900 млн рублей.

«Это очень важный результат для университета, открытие центра даст мощный импульс развитию в НГУ очень востребованного сегодня направления – технологий искусственного интеллекта. Причем, речь идет как о большой исследовательской программе в интересах наших партнеров, так и в развитии образовательного процесса, подготовки кадров для работы с подобными технологиями», — подчеркнул в беседе с корреспондентом «Континента Сибирь» директор Центра взаимодействия с органами власти и индустриальными партнерами НГУ Александр Люлько.

Он также отметил, что, хотя официально центр откроется только со следующего года, организационная и исследовательская работа в его рамках уже началась.

В числе других победителей конкурса — Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Санкт-Петербургский государственный университет и Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского.

Основной принцип экспериментов в физике высоких энергий – чем больше плотность частиц, тем выше качество исследования. Эксперименты могут проходить в колладйере, где пучки частиц соударяются друг с другом, а также в результате столкновения со статичной мишенью. Но в обоих случаях эффективность зависит от плотности потока ионов: чем сильнее сжаты пучки, тем больше физики наберут статистических данных. И поскольку еще из школьной программы мы знаем, что температура тесно связана с расширением объекта, то и сжатие пучка завязано на его охлаждение.

«Например, рекордный эмитенс, которые предполагается получить в СКИФе – это и есть хорошо охлажденный пучок», - пояснил заместитель директора Института ядерной физики СО РАН по научной работе Евгений Левичев.

Для ускорителей, которые работают с пучками из легких частиц, механизмом охлаждения выступает само синхротронное излучение, а вот для тяжелых частиц (к которым относятся ионы) такого механизма в природе нет. Их приходится создавать. Первый предложили в ЦЕРН – это метод стохастического охлаждения, за изобретение которого была вручена Нобелевская премия.

Второй метод – электронного охлаждения - придумал еще в прошлом веке основатель и первый директор Института ядерной физики, академик Г.И. Будкер. Он предполагает, что к горячему. Рыхлому пучку ионов добавляют пучок охлажденных электронов, которые двигаются с той же скоростью. В результате, электроны, нагреваясь – охлаждают ионы, обеспечивая необходимое сжатие пучка.

«Электронные системы охлаждения открыли настолько широкие перспективы, что в настоящее время ионные накопители без них практически не используются», – подчеркнул Левичев.

Однако речь в данном случае идет о зарубежных научных центрах. В Российской Федерации электронное охлаждение в ядернофизическом эксперименте использовалось впервые в эксперименте BARIONIC MATTER @ NECLOTRON, в результате совместной работе специалистов Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ).

Этот эксперимент стал частью проекта тяжелоионного коллайдера NICA в ОИЯИ (Дубна), где предполагается изучение взаимодействия заряженных частиц в области низких и средних энергий, важные для понимания их внутренней структуры. NICA будет предназначена для изучения ионной материи в сверхэкстремальном состоянии, которое было характерно для материи в самые первые пикосекунды после Большого взрыва, а сейчас встречается, разве что, внутри нейтронных звезд.

«Метод электронного охлаждения позволяет в тысячи раз уменьшить фазовые объемы охлаждаемых пучков. Для этого холодные электроны направляются магнитным полем из электронной пушки в кольцо ускорителя, в случае эксперимента в Дубне, это сверхпроводящий бустерный синхротрон. Здесь они соединяются с горячими ионами, некоторое время движутся по кольцу вместе и за счет столкновений охлаждают ионы», – рассказал Евгений Левичев.

В сеансе 2023 г. на накопительном тяжелоионном комплексе ОИЯИ в составе синхротронных колец «Бустер» и «Нуклотрон» было получено первое в России электронное охлаждение тяжелых ионов, которое было использовано для повышения эффективности работы исследовательской установки Baryonic Matter at Nuclotron (BM@N).

«Проведен широкий цикл прикладных исследований по программе коллаборации ARIADNA (Applied Research Infrastructure for Advance Development at NICA fAcility), – пояснил исполняющий обязанности директора Лаборатории физики высоких энергий им. В. И. Векслера и А. М. Балдина ОИЯИ Андрей Бутенко. – Последовательно исследовались защитные свойства, радиационная стойкость и радиомодификация новых композитных материалов для космической отрасли, радиационные модификации в сапфирах (Al₂O₃), политерафторэтиленовых, полиэтилентерефталатных, полиэтиленовых и полиимидных пленках. В рамках программы “PLANTS AND VEGETATION IN SPACE” облучены 16 контейнеров с семенами различных растений. Проводился активационный анализ материалов при облучении релятивистскими тяжелыми ионами.

Электронное охлаждение пучка тяжелых ионов, полученное совместными усилиями специалистов ИЯФ СО РАН и ОИЯИ, позволило увеличить вдвое скорость набора данных во время экспериментов по изучению плотной барионной материи на фиксированной мишени и получить новые интересные экспериментальные данные.

Запуск установки не просто стал первым опытом применения этого метода в России, он подтвердил, что ИЯФ СО РАН остается мировым лидером в этой области. «Хотя технология у всех систем одинаковая, для каждого отдельного проекта мы создаем уникальное оборудование. Наши установки работают в России, Китае и Европе, в том числе в ЦЕРН и ОИЯИ», - отметил главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН академик РАН Василий Пархомчук.

Сергей Исаев

Сибирское отделение РАН выполнило государственное задание за 2023 год на 100 %. Об этом сообщил на последнем в году заседании Президиума СО РАН главный ученый секретарь Сибирского отделения член-корреспондент РАН Андрей Александрович Тулупов.

«Наш отчет будет подписан председателем СО РАН академиком Валентином Николаевичем Пармоном и направлен в РАН», — отметил А. Тулупов. В 2023 году работа Сибирского отделения РАН состоит из трех разделов государственного задания.

«Мы провели 19 российских научных конгрессов, конференций, симпозиумов, семинаров и других мероприятий. География обширная — это города на территории Сибирского макрорегиона плюс одна конференция прошла в Махачкале. Кроме того, с участием СО РАН были организованы и события международного уровня по самым разным тематикам», — рассказал Андрей Тулупов.

В 2023 году многие сибирские ученые были удостоены наград, которые вручаются Сибирским отделением РАН. «Двое наших коллег из Республики Беларусь стали почетными докторами СО РАН», — добавил А. Тулупов.

Большое внимание СО РАН уделяет популяризации науки: с участием управления по пропаганде и популяризации СО РАН прошли выездные научно-популярные лекции в школы Новосибирской области, организован крупный всероссийский форум по научным коммуникациям SciComm-2023, а также Новосибирск стал площадкой федеральной акции «Открытая лабораторная». «Выставочный центр СО РАН провел большую и активную работу. Кроме того, СО РАН участвует в глобальной выставке “Россия”, которая проходит на ВДНХ в Москве», — отметил А. Тулупов.

В 2023 году вышло в свет 32 научных журнала и было издано 18 монографий.

Еще одним пунктом в государственном задании Сибирского отделения РАН является проведение экспертиз по разным направлениям науки, а также аналитические материалы, включая предложения в доклады Академии наук, президенту РФ и Правительству РФ.

Завершая свой доклад, Андрей Тулупов сообщил, что в январе отчет по выполнению государственного задания будет представлен на заседании Президиума РАН в Москве.

В последние годы бурное развитие получил так называемый «интернет вещей», в рамках которого окружающие нас устройства получают доступ в сеть и возможность самостоятельно собирать и обрабатывать данные с помощью различных датчиков. Эта технология уже стала привычной частью окружающего нас мира: кондиционер предупреждает вас, если дома слишком холодно, а дверь закроет себя сама, если вы вдруг забыли.

Но системы мониторинга на основе дешевых датчиков, способных передавать данные, могут намного больше, чем управлять устройствами «умного дома». Сотрудники Передовой инженерной школы Новосибирского государственного университета (ПИШ НГУ) занимают разработкой интеллектуальной программной платформы, которая будет решать ряд важных задач для нефтегазодобывающей отрасли страны.  

Выбор именно этой отрасли в качестве целевой был не случаен. «С одной стороны, НГУ в партнерстве с Институтом нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН достаточно давно работают в области геологии и геофизики, в университете создан специальный научно-образовательный центр по этой тематике, в результате - есть хороший багаж прежних наработок, который мы активно используем. А с другой стороны, в ходе этих исследований налажены контакты с компаниями, что облегчило поиск индустриальных партнеров для этого проекта», - рассказал «Континенту Сибирь» старший научный сотрудник ПИШ НГУ, к.ф.-м.н. Антон Дучков.

Платформа будет представлять собой некий центр компетенций, основными элементами которого являются собственно датчики и программные средства, осуществляющие сбор данных и их анализ, а также приложение, которое позволит работать с платформой через телефоны и другие гаджеты.

Основным направлением работы платформы сейчас является мониторинг состояния объектов нефтегазовой инфраструктуры. Как известно, большинство разрабатываемых сейчас месторождений находится в районах вечной мерзлоты и все чаще возникает проблема нарушения состояния зданий и сооружений в связи с сезонным оттаиванием грунтов и глобальным потеплением.

Разработанная в НГУ технология экспресс-оценки состояния таких объектов уже стала победителем технологического конкурса «Арктек» в декабре этого года. Сейчас идет речь о дальнейшем совершенствовании технологий мониторинга, оптимально - построении массовой сети с облачным сервисом для хранения информации о техническом состоянии исследуемых зданий и конструкций. На его основе предполагается запустить сервис уведомлений, с помощью которого обслуживающие их организации будут оперативно получать информацию о наступлении опасных событий.

Вместе с тем, идет работа по второму направлению – мониторинг состояния самих месторождений. Ранее мы рассказывали о том, как студент ПИШ НГУ выиграл грант в 500 тысяч рублей на разработку программного обеспечения для сейсмического мониторинга изменений, которые происходят в геологической среде по мере разработки месторождений. Аналогичной суммой был поддержан другой студенческий проект – создание программного комплекса для мониторинга технического состояния нефтегазодобывающих скважин с помощью термометрии.

Обе разработки также являются частью проекта по созданию мониторинговой платформы. Впрочем, этим возможные задачи для неё не исчерпываются. «Добыча нефти и газа – это не только один из крупнейших мировых рынков, это очень большой хозяйственный комплекс, где есть масса направлений – геологоразведка, собственно добыча, капитальное строительство, логистика, материаловедение и многое другое. Соответственно, круг задач для мониторинга очень широк, а мы как раз стремимся к тому, чтобы наша платформа была универсальной и могла решать самые разные задачи. И в этом плане нефтегазовая отрасль – очень удобный полигон», - подчеркнул Антон Дучков.

К примеру, комплекс сейсмического мониторинга состояния скважин, способный отслеживать микросейсмические события, возникающие, к примеру, в ходе гидроразрыва в скважинах, после определенной модификации может выполнять роль системы раннего предупреждения колебаний земной коры в районах угледобычи и других сейсмоопасных регионах.

Еще одно перспективное направление связано с захоронением СО₂ на тех объектах, откуда ранее добывали нефть и газ. Благодаря наличию готовой инфраструктуры, они являются удобными кандидатами для таких «карбоновых хранилищ». Очень важной их частью становится мониторинговая платформа, которая позволит контролировать их состояние, предотвращая риски утечек. Здесь у ПИШ НГУ тоже есть промышленный партнер, уже создан прототип программного обеспечения для такой системы, в настоящее время идет процесс согласований для перехода к его испытаниям.

Найдется работа для платформы и на столь популярных в последнее время карбоновых полигонах. Как известно, они создаются для того, чтобы изучения и оценки эффективности того или иного способа переработки СО₂. И здесь тоже не обойтись без систем сбора данных и мониторинга ситуации. «Наши студенты делали проекты неких дешевых климатических станций в виде сеток из различных датчиков, которые гораздо проще и дешевле тиражировать, чем существующее метеорологическое оборудование, применяемое на таких полигонах сейчас», - отметил Антон Дучков.

Помимо универсальности, важной характеристикой платформы является ее способность решать довольно сложные задачи, в отличие от скажем систем контроля температуры в зданиях (которая также построена на основе датчиков, объединенных в сеть «интернета вещей»). Особенно ярко это проявляется в задачах мониторинга состояния месторождений.

Платформе необходимо в режиме реального времени обработать большие объемы различных типов данных, поступающих с датчиков, проанализировать полученную информацию и на ее основе построить модель реальной ситуации в глубине скважины, с которой потом можно будет работать. Добиться этого можно только с использованием систем искусственного интеллекта, которые активно используют ее разработчики.

Конечно, любые важные решения в управлении скважиной все равно останутся за человеком, но принимать их он будет, в том числе, на основе модели ситуации и прогнозов ее изменения, предоставленных нейросетью. Это позволит оптимизировать добычу на месторождении и снизит вероятность возникновения аварийных ситуаций.

Одновременно с разработкой программного обеспечения, сотрудники ПИШ НГУ в сотрудничестве с индустриальными партнерами немало времени уделяют совершенствованию самих датчиков. Один из примеров – интеграция датчиков и сенсоров в оптоволоконные системы, которыми с недавних пор стали оборудовать скважины месторождений. В отличие от классических методов, когда они крепились к зонду, периодически погружаемому на нужную глубину, это позволит получать необходимую информацию не в какие-то периоды, а постоянно. Первые шаги в этом направлении делались в рамках программы «Приоритет-2030», теперь полученные результаты развивают в ПИШ НГУ. «В области геологии и геофизики «Приоритет-2030» часто выступает начальной стадии проработки идеи, получение знаний, и если на этом этапе проявляется их инженерная перспектива, то работа переходит к нам. Потому что инженерная школа нацелена на продукт, нам нужно думать про коммерциализацию, окупаемость и прочее. Это разные уровни работы, но они плотно связаны друг с другом», - пояснил Антон Дучков.

Другая задача в области модернизации датчиков – повышение их чувствительности, чтобы отечественная продукция по этому показателю сравнялась с лучшими зарубежными аналогами.

Как отмечают в ПИШ, по мере развития технологий, число задач для совершенствования и импортозамещения аппаратной части платформы будет только расти. И в этом плане они рассчитывают, что существенно расширить приборостроительное направление удастся за счет нового университетского кампуса, возводимого в рамках нацпроекта «Наука и университеты».

На сегодня все основные элементы платформы (аппаратная часть, программное обеспечение и приложение для ПК и гаджетов) находятся в высокой степени готовности. Сейчас ученые переходят к этапу испытания прототипа платформы на полигонах своих индустриальных партнеров в зоне вечной мерзлоты. «Есть надежда, что уже через пару лет наш продукт начнет внедряться и на реальных инфраструктурных объектах, сначала – для мониторинга состояния поверхностных сооружений, но по мере работы задачи для платформы, как я говорил, будут расширяться», - подытожил Антон Дучков.

Работа большинства специалистов Института физики полупроводников им А.В. Ржанова СО РАН связана с тонкими кристаллическими пленками ― их созданием, диагностикой, постростовыми процедурами. От поверхностных свойств таких объектов зависят параметры перспективной квантовой электроники, область ее применения.

Например, ученые ИФП СО РАН исследуют свойства пироэлектриков – соединений ниобата бария-стронция, перспективных для создания инфракрасных фотоприемников, а также ферромагнетиков, на основе которых можно сделать эффективный детектор спина электронов. Выращивают соединения технологи института методом молекулярно-лучевой эпитаксии.  Исследование полученных материалов проводится, в том числе с помощью атомно-силового микроскопа (отечественного производства), приобретенного в ходе выполнения крупного научного проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники». Проект поддержан Минобрнауки России. 

О возможностях прибора для быстрой оценки качества атомно-гладких поверхностей, химического состава, исследования крошечных магнитных доменов рассказал заведующий лабораторией ИФП СО РАН доктор физико-математических наук, профессор РАН Олег Евгеньевич Терещенко.

«Многофунциональный атомно-силовой микроскоп позволяет выполнять более сорока разных методик измерений, работать не только с твердыми материалами, но и с мягкими, в жидкой, воздушной среде. Мы планируем использовать прибор для решения технологических и исследовательских задач.

Первый тип деятельности подразумевает быстрый постростовой контроль качества полупроводниковых структур. В ИФП СО РАН работает несколько лабораторий, которые выращивают новые полупроводниковые материалы методом молекулярно-лучевой эпитаксии. После роста важно оценить степень гладкости поверхности для внесения корректировок или, наоборот, сохранения успешных решений технологического процесса. Один из лучших способов проверки на атомном уровне — атомно-силовая микроскопия: разрешение по вертикали составляет один ангстрем, латерально (по площади образца) – до нескольких нанометров. Кроме того, микроскоп позволяет измерять контактную разность потенциалов, по которой можно определить границы разных материалов, их неоднородности, а также электрофизические характеристики.

Другие типы задач, которые можно решить, используя новый микроскоп, ―  научные.  В частности, в лаборатории физики и технологии гетероструктур ИФП СО РАН мы ведем исследования пироэлектрических соединений. На их основе можно сделать неохлаждаемые фотоприемники в инфракрасном диапазоне. Атомно-силовой микроскоп позволяет оценить ключевые характеристики соединений: пироэлектрический и пьезоэлектрический отклик, контактную разность потенциалов, морфологию поверхности», — пояснил ученый.

Пироэлектрики — кристаллические вещества, обладающие спонтанной поляризацией, на поверхности которых возникает электрический заряд при изменении температуры. Поэтому пироэлектрики интересны для создания детекторов теплового излучения, которые могут работать во всем инфракрасном диапазоне и даже в терагерцовом. Детекторы терагерцового излучения могут использоваться для новых систем связи (6G, 7G) для медицинских применений, неразрушающего контроля качества материалов, досмотровых систем безопасности.

У ферромагнетиков, как и у сегнетоэлектриков (пироэлектриков), есть общее свойство, связанное с образованием доменной структуры. Сегнетоэлектрики обладают собственным электрическим полем – так называемой спонтанной поляризацией, а ферромагнетики – спонтанной намагниченностью. Тонкие пленки (нано-мембраны) ферромагнетиков перспективны для создания поляризованных электронов, управления и регистрации спина электронов, а значит, и для разработки спинтронных устройств.

«Мы напыляем на диэлектрик тонкие пленки ферромагнитных материалов – чередующиеся субнанометровые слои кобальта и платины, и с помощью атомно-силового микроскопа исследуем их магнитную структуру. Смотрим, как ориентированы магнитные домены. Для наших применений нужна однородная намагниченность: параллельно или перпендикулярно поверхности ― магнитные домены на всей поверхности образца ориентированы одинаково и в нужном нам направлении.

Кроме того, в этих ферромагнетиках возникают интересные квазичастицы — скирмионы. Скирмионы, упрощенно говоря, ―  топологически устойчивые магнитные вихри нанометрового размера. Они интересуют ученых, как потенциальные кандидаты для создания новых типов компьютерной памяти, кубитов для квантового компьютера. Обнаружить скирмионы можно, измеряя намагниченность, опять же с помощью атомно-силового микроскопа», — добавил Олег Терещенко.

Ученый подчеркнул, что микроскоп будет функционировать в режиме коллективного пользования, участники крупного проекта, сотрудники ИФП СО РАН смогут работать на нем: «Конечно, желающим работать с оборудованием, нужно будет пройти инструктаж, “курс молодого бойца”, так прибор будет полезен максимальному количеству специалистов».

Многофункциональный атомно-силовой микроскоп Ntegra Prima произведен российской компанией ООО «НОВА СПб».

Пресс-служба ИФП СО РАН

Мы уже неоднократно обращались к теме продвижения в нашей стране теплолюбивых культур в более холодные, несвойственные им края. В Советском Союзе – особенно перед войной и чуть позже – этим занимались весьма активно. Как мы отмечали в своем месте, в ту эпоху цели у руководителей страны были амбициозные, и громадье планов никого не смущало. Конкретная научная работа вытекала из стратегических задач партийного руководства, куда в обязательном порядке входила и задача интродукции теплолюбивых растений – что соответствовало так называемому сталинскому плану преобразования природы. Сегодня таких стратегических задач уже не ставится, хотя ученые-селекционеры продолжают заниматься интродукцией, в том числе – в институтах СО РАН (о чем мы также писали). Тем и интересен опыт их предшественников, живших и работавших в ту «героическую» (как принято называть) эпоху.

Показательно, что этим опытом сегодня неожиданно заинтересовались за рубежом – в свете не менее амбициозных планов по переходу к низкоуглеродной экономике. Особый интерес в этой связи вызывает советский опыт продвижения в умеренные широты цитрусовых культур. Традиционно цитрусовые выращивались в умеренном климате Европы и России в больших обогреваемых оранжереях. По большому счету, использование отапливаемых теплиц - дело нехитрое. Но в свете текущих «зеленых» тенденций, когда принято всячески экономить топливные ресурсы (особенно если речь идет об ископаемом топливе), такой подход не считается СОВРЕМЕННЫМ. Актуальность работы советских специалистов по интродукции в том, что они продвигали цитрусовые в более холодные края, совершенно не рассчитывая на теплицы с обогревом. Лимоны, мандарины и апельсины пытались выращивать в непривычных местах в открытом или в защищенном грунте без всякого дополнительного отопления. Сегодня такие подходы актуальны как никогда.

Прежде чем мы придем к подробному описанию использованных приемов, отметим, почему цитрусовым уделялось в нашей стране такое большое внимание. Дело в том, что в России еще до революции цитрусовые (особенно лимоны) пользовались большой популярностью у образованной части общества. Так, чай с лимоном был тогда непременным атрибутом «интеллигентного» застолья. До революции цитрусовые культуры, в основном, поступали из-за рубежа. Главным поставщиком лимонов была в ту пору Сицилия, главным поставщиком апельсинов – Палестина. В то же время предприимчивые россияне пытались обеспечивать себя этими фруктами самостоятельно. Состоятельные люди могли позволить себе оранжереи. А кто-то научился выращивать лимоны прямо в квартире возле хорошо освещенного окна. В относительно теплых краях деревья высаживали в кадки, где держали их до самой зимы. Зимой заносили в помещение, а весной опять выносили на улицу. Приемов было достаточно много. И что самое важное: энтузиазм в этом деле был такой, что спрос на посадочный материал (который везли, в основном, из Китая и Японии) просто зашкаливал.

Возможно, именно этот энтузиазм натолкнул советское руководство - еще в середине 1920-х годов – к принятию мер по «импортозамещению» цитрусовых, что неизбежно предполагало решение задач, связанных с интродукцией. Зон для нормального выращивания таких культур в стране было совсем немного. Прежде всего, речь идет о самой теплой полоске Черноморского побережья, защищенной от холодных ветров Кавказским хребтом. В то же время были обширные пространства, где с избытком хватало тепла в течение лета и осени. Это позволяло нормально вызреть и лимонам, и апельсинам, и мандаринам. Проблему создавала непредсказуемая зима, когда вполне могли случиться критически низкие для таких культур температуры. Скажем, даже в районе Сочи случались понижения до - 15 градусов по Цельсию. Никакие цитрусовые такого не выдерживают.  Для многих из них губительным порогом становится уже нулевая отметка. Мандарины (самый холодостойкий вид в этом списке) способны без проблем выдержать понижение до – 2 градусов. Однако на Черноморском побережье вплоть до Туапсе падение температуры зимой до -8 градусов Цельсия является вполне предсказуемым явлением. Что уж говорить о других, более северных широтах? Схожая картина наблюдается и в Средней Азии. Возьмем, к примеру, Таджикистан. С одной стороны, для нас это – юг с его сильной (очень сильной) жарой. Но с другой стороны, в Таджикистане нередко случаются зимы, когда температура запросто может опуститься до -20 градусов Цельсия.

Перед советскими специалистами стояли как минимум две задачи. Первое, необходимо было вывести относительно зимостойкие сорта. Второе, разработать принципиально новые методы агротехники, подходящие как раз для северных условий. По сути, обе задачи решались параллельно и решались достаточно успешно. Этому способствовала государственная поддержка. Так, еще до войны была создана целая сеть исследовательских учреждений и организовано более 50 испытательных полигонов. И вот результат. К 1940 году площадь возделывания цитрусовых в СССР достигла 17 000 га. Годовое производство составило 40 000 тонн, что ВДВОЕ превышало объемы дореволюционного импорта. А уже к 1950 году площади увеличились до 30 000 га. Из них 56% приходилось на мандариновые деревья, 28% - на лимонные деревья и 16% - на апельсиновые деревья. Годовой объем производства цитрусовых вырос да 200 тысяч тонн.

Первую задачу, связанную с выведением зимостойких сортов, советские селекционеры решали способом так называемой «прогрессивной холодной закалки». В чем ее суть? Данный метод заключался в посадке семян плодовых деревьев чуть дальше к северу от мест их текущего возделывания. Таким путем происходил отбор наиболее выносливых сеянцев, на основе которых создавались новые, более зимостойкие сорта. Когда-то такой прием был успешно «обкатан» на абрикосах. В итоге зона выращивания абрикоса в нашей стране продвинулась на 650 километров к северу – от Ростова-на-Дону до Мичуринска (Тамбовская область).

Тот же самый прием применили и к цитрусовым. Это также позволило расширить зону их возделывания к северу от субтропиков. Вначале были освоены регионы, где зимние температуры опускались до -20 градусов Цельсия (степная часть Краснодарского края, а также Средняя Азия). Потом тот же прием повторили, и в итоге удалось двинуться в еще более суровые края, где возможны экстремальные зимние температуры до -30 градусов Цельсия, а земля может промерзать на полметра (это уже территории, примыкающие с севера к Азовскому морю).

Однако это продвижение стало возможным не только благодаря выведению новых морозостойких сортов, но также благодаря решению второй – агротехнической - задачи. Здесь мы подходим к наиболее важному аспекту деятельности советских специалистов, очень актуальному на сегодняшний день.

В местах традиционного возделывания цитрусовых практически не используют обрезку. Там действуют по принципу: «Держать секаторы подальше от деревьев». Что касается советского опыта возделывания, то здесь обрезка сыграла решающую роль в адаптации плодоносящих растений к суровым условиям произрастания. Прежде всего, селекционеры пытались с помощью обрезки значительно уменьшить их высоту. При традиционном возделывании высота лимонных деревьев доходит до 5 метров, апельсиновых деревьев – до 12 метров. Советские специалисты начали работать с карликовыми и полукарликовыми деревьями, чья высота находилась в интервале от одного до двух метров.

В чем здесь выгода? Дело в том, что чем ближе к земле, тем меньше колебания температуры. Кроме того, компактные растения легче защищать от непогоды. С одной стороны, с небольшими деревьями можно намного эффективнее использовать самые теплые и хорошо защищенные участки холмистого рельефа. С другой стороны, можно дополнительно сделать специальные навесы с укрывным материалом (чаще всего использовалась многослойная марля). Навесы, кстати, часто устанавливались для отвода потоков холодного воздуха, идущего с севера. Благодаря таким навесам, эти холодные потоки, спускающиеся с вершин, удавалось отводить в стороны от плантаций.  Дополнительной защитой от холода служила и плотная посадка – 3 000 растений на гектар.

Но этим новая агротехника не исчерпывалась. Наши специалисты пошли еще дальше, экспериментируя со стланцевыми формами, то есть, используя те способы формировки деревьев, которые применялись у нас в Сибири к крупноплодным яблоням. В результате появились плантации цитрусовых культур со стелющимися деревьями. Чтобы создать такую форму, оставлялся прямой стебель на высоте 10-15 сантиметров. От него в стороны - радиально и под прямым углом к стволу - расходились основные ветви, прижатые книзу. Самой земли ветви и плоды не касались, но находились совсем рядом, получая зимой дополнительное тепло от нагретой за лето почвы и не подвергаясь сильным порывам холодного ветра (которые особенно остро ощущаются на высоте более двух метров). При необходимости для защиты от холода такие стланцы легко укрывались каким-либо материалом, например, соломенными матами или многослойной марлей.  Кроме того, стелющиеся деревья имели более высокую урожайность, чем низкорослые деревья-полукарлики (не говоря уже о том, что их плоды вызревали раньше и лучше).

Показательный пример. Зимой 1942-43 годов температура вдоль побережья Черного моря опускалась до – 15 градусов. Стелющиеся лимонные деревья, защищенные двумя слоями марли и ветрозащитными полосами, благополучно перезимовали. Тогда как высокие лимонные деревья, укутанные таким же материалом, промерзли до корней.

Защитные свойства нагретой земли еще лучше проявляются при траншейном выращивании цитрусовых деревьев. Этот способ также широко применялся в СССР, особенно в тех краях, где зимние температуры могли опуститься ниже – 20 градусов Цельсия. Глубина траншей варьировала от 0,8 до двух метров (в зависимости от глубины промерзания почвы и уровня грунтовых вод). Карликовые или стелющиеся деревья располагались там либо в один ряд, либо в два ряда. При однорядном расположении ширина траншеи составляла 2,5 метра внизу и 3 метра – вверху. При двухрядном расположении: 3,5 метра внизу и 4 метра – вверху. То есть траншеи имели трапециевидное сечение, что повышало освещенность кроны деревьев и делало стенки траншей более устойчивыми. Располагались траншеи рядами с востока на запад на расстоянии 3-5 метров друг от друга. Максимальная длина каждой траншеи составляла 50 метров.

В таких траншеях растения были одинаково хорошо защищены как от холода, так и от избыточной жары. Соответственно, с помощью верхнего покрытия можно было защищать деревья и от зимних морозов (а цитрусовые нормально переносят трехмесячное отсутствие света, находясь в состоянии зимнего отдыха), и от избыточного летнего тепла.  Делалось это с применением различных материалов. Например, для защиты от холода траншеи накрывались досками и соломенными циновками. Летом их сверху также немного прикрывали соломенными циновками (которые укладывались на остекленные рамы), чтобы создать рассеянный свет. Траншейный способ позволял добиваться высоких урожаев при хорошем качестве плодов, которые ничем не уступали плодам из традиционных мест возделывания.

Главным минусом в этом деле оказалась высокая трудоемкость процесса. Как справедливо отмечают сегодняшние западные эксперты, такой метод себя оправдывает только в плановой экономике, когда вы добиваетесь независимости от импортных поставок. В условиях же открытого рынка ваша продукция не сможет конкурировать с более дешевым импортом, который запросто заполонит продуктовые прилавки. Конечно, здравое зерно в таких рассуждениях есть. Собственно, именно так всё и произошло. В конечном итоге импорт победил.

Но есть здесь один принципиальный момент, соответствующий актуальным проблемам (я бы сказал – вызовам) нашего дня. Не так давно мы писали о том, как Великобритания столкнулась с дефицитом томатов, львиную долю которых она импортировала из жарких стран, а остальное выращивалось в обогреваемых теплицах. Когда из-за климатического кризиса в жарких странах случился неурожай, а из-за высоких цен на энергоносители тепличные хозяйства начали нести убытки, такой банальный овощ, как томат, сразу же стал для англичан «золотым». То же самое вполне может произойти с лимонами и апельсинами. В настоящее время потрясения на глобальных рынках продовольствия идут рука об руку с умножающимися стихийными бедствиями. Страховкой здесь может стать только местное производство. И как раз в таких условиях опыт советских специалистов, разработавших надежную агротехнику выращивания теплолюбивых культур в суровых условиях, окажется очень даже востребованным. Не будем его сбрасывать со счетов, особенно учитывая тот факт, что Россия когда-то была для Европы крупнейшим экспортером… ананасов!

Николай Нестеров

Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН совместно с коллегами из Швеции и Москвы научились определять подвижную структуру белка. Они исследовали сериновую протеазу вируса Денге. Знания о структуре помогут создать противовирусные препараты. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications Biology.  

Специалисты изучали сериновую протеазу вируса Денге. Он распространяется из Африки и Азии в страны Европы и передается людям от комаров. В России есть потенциальная угроза возникновения очагов заболевания в южных регионах. При распространении инфекции в организме человека синтезируется длинная полипептидная цепочка. Протеаза разрезает эти цепочки на более короткие фрагменты, которые становятся активными белками вируса, из них формируется структура новых его копий. Если получится нарушить работу протеазы, то вирус перестанет размножаться в организме человека. Кроме того, ингибитор для Денге поможет создать такой же препарат для вируса клещевого энцефалита, ведь обе инфекции относятся к одному семейству.

«Обычно, когда создают лекарство, берут пространственную структуру белка и смотрят, как к ней присоединить какую-либо молекулу, которая бы мешала работе активного центра белка и не давала вирусу нормально функционировать. Чаще всего белок имеет довольно стабильную структуру. В нашем же случае она очень подвижна, поэтому возникают проблемы», — рассказал заведующий лабораторией структурной биологии, заместитель директора по научной работе ИХБФМ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Анатольевич Ломзов.

Еще одна сложность заключается в том, что пространственная структура сериновой протеазы вируса Денге может изменяться при переходе от неактивной формы к активной. В результате количество вариантов структур, которые необходимо изучить, становится просто огромным. Поэтому ученые задались вопросом, для какой из структур необходимо искать ингибитор, и начали разрабатывать методику, чтобы найти нужную. Они скомбинировали классические, уже известные подходы и предложили новый метод. К исследованию подключилась и команда Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, которая разрабатывает методы для расчета и определения динамических параметров структур белков.

«Один из подходов (метод ядерного магнитного резонанса) позволяет измерять расстояние между отдельными атомами. Мы получаем набор парных расстояний и на основе этих данных с использованием методов компьютерного моделирования восстанавливаем структуру белка. Однако для таких динамических систем одному и тому же набору парных расстояний соответствуют сразу несколько структур. Какую из них выбрать? Нужно было проверить, действительно ли они удовлетворяют другим критериям, выбрать эти критерии и соотнести с экспериментом, потому что просто по расчетным характеристикам подходят все. Мы разработали методику, чтобы искать набор интересующих нас структур. Получилась такая схема: сначала синтезируем белок, исследуем его методами ЯМР. Дальше на основе этих данных проводим компьютерное моделирование, получаем набор структур. Снова проводим компьютерное моделирование, но более детальное, рассчитываем динамические параметры, смотрим, как двигаются и взаимодействуют отдельные атомы. После все эти данные мы объединяем и анализируем в совокупности, делаем вывод о том, какие структуры могут присутствовать в растворе», — отметил Александр Ломзов.

Структуру белка необходимо исследовать в растворе чтобы быть максимально приближенным к биологическим условиям. Еще одна сложность исследования в том, что этот белок, сериновая протеаза, начинает расщеплять сам себя. Поэтому для его изучения необходимо либо вводить мутации в структуру и делать белок неактивным, либо использовать вещества, которые снижают его активность, либо сразу же после получения исследовать. Поэтому все эксперименты проводят в растворе.

Ученые проанализировали три модельные структуры и показали, что все они могут существовать, подтвердили предположение о том, что белки динамичны и набор конформаций может быть разным.

«Это важно учитывать при поиске терапевтических соединений. Сейчас у нас уже есть модельное соединение, которое предположительно может сработать. Мы исследуем, как оно взаимодействует с белком, где находится, какая структура у этого комплекса. Знания о структуре необходимы, чтобы понять в деталях, как функционирует белок. Дальше их можно использовать для создания и улучшения ингибитора», — сказал Александр Ломзов.

Ученый отметил, что провести такое обширное исследование удалось благодаря работе молодежной лаборатории: «Для нашей молодежной лаборатории мы построили вычислительный комплекс. Если бы его не было, мы бы существенно медленнее двигались к получению результатов».

Полина Щербакова
Изображение предоставлено Александром Ломзовым

Городской Совет Новосибирска принял решение о снятии с академика Александра Леонидовича Асеева звания "Почетный житель Новосибирска". Из 42 депутатов "за" проголосовали 34, 7 не участвовали в голосовании (фракция КПРФ), "против" - один (Ростислав Антонов). Антон Тыртышный (кстати, выпускник НГУ) предложил снять вопрос с голосования.

Это решение прокомментировал член Редакционного совета нашего сайта Александр Люлько:

– Конечно, принятое решение не красит городской совет Новосибирска. Ссылка на то, что Положение о почетных жителях Новосибирска не давало другой возможности для городского совета не состоятельна, так как депутаты могли поменять это Положение накануне голосования. Для сравнения, академик Асеев является почетным гражданином своего родного города Улан-Удэ, но там депутаты даже и не думают ставить такой вопрос на голосование и менять своё решение.

Что касается Новосибирска, то после того, как стали массово присваивать звание Почетного жителя его ценность слишком уменьшилась. Теперь, после случая с академиком Асеевым,  оно стало еще меньше стоить.

В бытность депутатом, я предлагал присвоить звание почетного жителя Новосибирска основателю города Николаю Михайловичу Тихомирову, авиаконструктору Олегу Константиновичу Антонову (который именно в Новосибирске создал свой знаменитый Ан-2), физику и авиаконструктору Роберту Бартини, который ряд лет проработал главным инженером перспективных схем летательных аппаратов в Сибирском НИИ им. С. А. Чаплыгина.

Можно было бы присвоить звание Почетного жителя и знаменитой пианистке Вере Августовне Лотар-Шевченко, которую в свое время пригласил работать в новосибирский Академгородок его основатель академик Лаврентьев. И Императору Николаю II (настоящему, наряду с его отцом Императором Александром III, основателю города, чье имя, Ново-Николаевск, он и носил  при создании). Но куда там. Нынешний состав горсовета предпочитает другие имена, некоторые из которых весьма сомнительные (к примеру, Юрия Кондратюка, о чьем реальном вкладе в космонавтику наш сайт писал не раз).

Конечно, история расставит все на свое место. Академик А.Л. Асеев останется выдающимся ученым и организатором науки. А городской совет если и вспомнят, то и то, думаю, в связи с именем Асеева, которого они лишили звания.

Тревожные вести с российских полей: в нашей стране деградирует чернозем. Об этом не так давно заявил председатель комитета Госдумы по аграрным вопросам Владимир Кашин. Причина деградации – дисбаланс плодородия почв. Говоря по-другому, почвы теряют питательные вещества в процессе эксплуатации: с урожаем выносится примерно 12,5 миллионов тонн питательных веществ, тогда как обратно вносится только 4,5 миллиона тонн.

Об этой проблеме говорят давно, но до сих пор заметных улучшений не наблюдается. Учитывая опасную тенденцию, три года назад был принят федеральный закон, предусматривающий действия по обеспечению плодородия. Согласно этому закону, аграрии обязаны принимать меры по восстановлению плодородия почв, проводя регулярный анализ их состояния. Помимо этого, в России существуют совершенно заброшенные пашни совокупной площадью не менее 13 миллионов га! В связи с этим была принята государственная программа «Земля», направленная на вовлечение в оборот заброшенных сельхозугодий. В прошлом году на эти цели из федерального бюджета было выделено свыше 25 млрд рублей. В нынешнем году выделено более 38 млрд рублей. Параллельно на системной основе начата работа по предотвращению деградации почв, о чем было заявлено главой российского правительства Михаилом Мишустиным.

Показательным моментом является законодательное утверждение такого вида мелиорации земель, как фитомелиорация. Государственная Дума уже приняла в первом чтении законопроект, который предусматривает данный тип мероприятий. В существующем федеральном законе о мелиорации выделены четыре типа: 1) гидромелиорация (улучшение заболоченных или засушливых земель); 2) агролесомелиорация (использование защитных свойств лесов); культуртехническая мелиорация (связанная с расчисткой и раскорчевкой деревьев и кустарников); химическая мелиорация (связанная с корректировкой химического состава почв путем внесения соответствующих веществ, например, извести).

Теперь на очереди, как видим, пятый тип мелиорации – фитомелиорация. В данном случае речь идет о методах улучшения качества почвы путем высаживания определенных растений. Конкретно в законопроекте говорится о «мелиоративно-кормовых насаждениях». В качестве мероприятий упоминаются: насаждения многолетних трав ленточным посевом, создание противодефляционных кулис с применением регенеративных кормовых насаждений, закрепление песков аэропосевом, облесение очагов дефляции.

Судя по содержанию законопроекта, на государственном уровне сильно обеспокоены процессами опустынивания (о чем наши ученые, кстати, предупреждают не первый год). Проблема, действительно, стоит очень серьезно. Не сегодняшний день на территории нашей страны опустыниванием и деградацией охвачена территория, превышающая 100 млн. га. Всего в этом списке фигурирует 35 регионов, где проживает почти половина населения страны и производится порядка 70% сельскохозяйственной продукции. Если учесть, что Россия претендует на роль «мировой житницы», осуществляя масштабные поставки зерновых культур, восстановление плодородия почв и борьба с деградацией имеют для нее стратегическое значение, особенно в условиях геополитической напряженности. В этой связи включение фитомелиорации в список законодательно утвержденных мероприятий красноречиво свидетельствует о том, что уже на самом верху озаботились негативными последствиями хищнической эксплуатации плодородных земель (что, как правило, напрямую связано с практиками интенсивного монокультурного выращивания).

С некоторыми натяжками это можно назвать первой ласточкой в деле переосмысления наших подходов к использованию земельных ресурсов. Понятно, что если дело ограничится полумерами, то дальнейшего опустынивания и деградации не избежать. И тогда знаменитые русские черноземы, дающие пока что возможность вести экспортно ориентированное сельское хозяйство, быстро окажутся под угрозой, что чревато не только потерей глобального зернового рынка, но и ухудшением продовольственной безопасности внутри страны.

Вопрос: куда, в таком случае, двигаться нашему земледелию, чтобы избежать печальных последствий? В свое время мы уже неоднократно писали о новаторских предложениях дореволюционного русского агронома Ивана Овсинского, разработавшего целую систему так называемого бесплужного, или почвозащитного земледелия, где высокая урожайность сочеталась с одновременным поддержанием плодородия. Его идеи не оказались широко востребованными как у нас в стране, так и за рубежом, хотя имели своих последователей. И только в наши дни (о чем мы неоднократно писали) у нас и за рубежом стали проявлять сильный интерес к такому опыту в связи с угрожающей экологической обстановкой и угрозой глобального потепления.

Как мы знаем, в развитых странах (особенно в странах ЕС) пытаются пересмотреть подходы к земледелию, делая акцент на «органических», «природоподобынх» и «регенеративных» принципах. Все это в совокупности обозначается как «устойчивое» сельское хозяйство. Причем, на Западе с ним уже ассоциируют наступление новой эпохи. Последуют ли в России этому примеру? Сразу скажем, что в нашей стране есть сторонники органического земледелия, уверенные в том, что естественное плодородие почв можно регулярно поддерживать (и даже повышать) без использования химических удобрений. В нашей стране есть даже Союз органического земледелия, представляющий довольно крупное объединение профессионалов в сфере сельского хозяйства. Мало того, есть информация, что специалисты Новосибирского аграрного университета в течение тридцати лет проверяли на практике почвозащитные методы Овсинского и подтвердили реальные достоинства его системы. Интересно, что в начале «нулевых» на заводе «Сибсельмаш» были испытаны новые конструкции сеялок как раз под эту систему.

Но смогут ли такие наработки кардинально повлиять на ситуацию? Иначе говоря, получит ли в нашей стране этот «органический» тренд силу и развитие? Как ни странно, тему органического земледелия сильно дискредитируют неуклюжие попытки «прогрессивных» руководителей некоторых стран бежать впереди паровоза. Прежде всего, мы говорим о недавних социальных волнениях в Шри-Ланке, где необдуманные действия правительства привели к ущемлению прав фермеров – со всеми вытекающими отсюда последствиями. Напомним, что Шри-Ланка стала первой страной, где директивно навязали «органическое» земледелие на территории всего острова. Действуя из лучших (формально) побуждений, руководство страны погрузило ее в пучину хаоса.

Цели правительства, как заявлял бывший премьер-министр Шри-Ланки на саммите ООН, были прямо направлены на создание «устойчивого» сельского хозяйства. В силу использования постоянно растущего количества пестицидов и химических удобрений  создавались условия, крайне неблагоприятные для окружающей среды – так заявлялось с высоких трибун. Данные инструменты, по словам бывшего главы правительства, несовместимы-де с устойчивым сельским хозяйством. А раз так, то было принято решение их… запретить! Правительство Шри-Ланки нацелилось решить проблему стремительным кавалерийским наскоком, пообещав в течение десяти лет сделать всё сельское хозяйство острова «органическим». И чтобы не откладывать дело в долгий ящик, с весны 2021 года импорт агрохимикатов в страну был полностью запрещен. Фермеры, таким образом, лишились и удобрений, и пестицидов.

Чтобы был понятен размах социальной проблемы, напомним, что в этой стране – два миллиона фермеров (из 22-х миллионного населения). На этот сектор приходится 27% задействованной рабочей силы. Сразу же обнаружилось, что органических удобрений на всех не хватит, а правительство не побеспокоилась о нормальной реализации альтернативных вариантов агротехники. В итоге урожай риса (основного продукта питания островитян) упал на 30 процентов. И если до этого часть риса шла на экспорт, то теперь его пришлось импортировать. Вдобавок производство чая упало на 18%, что сократило валютные поступления в страну. Дальше начались массовые протесты фермеров, вылившиеся в настоящую революцию.

Какие уроки необходимо извлечь из этого примера? Проблема, конечно же, не в органическом земледелии, а в его грубой профанации, замешанной на популизме политиков. Опрос фермеров Шри-Ланки показал, что только 23% из них имели необходимые знания в этой области, другие же весьма смутно представляли (или не представляли вообще), как можно вести хозяйство без химических удобрений. О чем это говорит? О том, что переход на органическое земледелие невозможен без соответствующего набора компетенций, а значит – без четко выстроенной системы образования, где идет обучение принципиально иным методам ведения сельского хозяйства. Здесь имеет место достаточно сложный комплекс знаний и навыков, и потому осуществить такой переход простыми запретами агрохимии невозможно в принципе.

В свете сказанного многократно возрастает значение научного наследия Ивана Овсинского, не утратившего своей актуальности. Ведь внимательное изучение таких книг дает четкое представление о базовых принципах органического (или «устойчивого», если хотите) земледелия. И как раз знакомство с такими трудами в состоянии достаточно хорошо просветить, в том числе, и наших законодателей, и руководителей, чтобы те не нарубили дров так, как это умудрились сделать правители Шри-Ланки.

Николай Нестеров

Когда сегодня говорят про искусственный интеллект, обычно подразумевают его наиболее динамично развивающееся направление – глубокие нейронные сети (DNN – Deep neural network). В современном здравоохранении есть несколько блоков задач, оптимальное решение которых требует использования подобных технологий. Один из них связан с обработкой изображений, полученных с помощью разных методов исследований организма – рентгенографии и рентгеновской томографии (РКТ), ультразвукового исследования (УЗИ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) и др.

Сегодня уже есть и вполне успешно применяются электронные устройства и программные средства, способные решать относительно простые задачи такого рода. Например, удалять ненужные элементы на томографических снимках – волосы пациента, повязки, сделанные ему ранее и т.п.

Аналогичные системы применяются и для удаления технических артефактов, которые неизбежно возникают во время съемки. Как известно, съемка стандартной технологии МРТ занимает около трех минут, а в ряде случаев пакет томографических технологий может занимать до часа. Естественно, на протяжении этого времени пациент дышит, и при дыхании его координаты смещаются на несколько миллиметров, что неизбежно отражается на снимках, которые делает томограф и которые потом объединяются в один пакет. И такие изменения координат значительно затрудняют последующий анализ изображения. Система с искусственным интеллектом осуществляет выравнивание всех срезов (снимков) в пакете по анатомическим координатам и выстраивает адекватную 3D-модель.

Технологии не стоят на месте и, по мере их развития, вместе с ними расширяется и круг задач, в решении которых может помочь нейросеть.

Ведутся подобные исследования и в Новосибирском государственном университете. В лаборатории аналитики потоковых данных и машинного обучения Механико-математического факультета НГУ сосредоточились на использовании машинного зрения для обработки снимков, полученных с помощью МРТ. Эта работа проводится в рамках программы «Приоритет – 2030».

Это гораздо более сложная задача, чем обработка снимков, сделанных методами классической рентгенографии или РКТ, поскольку их сложнее стандартизировать. Разные модели томографов отличаются по уровню индукции магнитного поля, типу исходного сигнала и еще ряду технологических параметров. И все это выливается в отличия на итоговом изображении, глаз врача относительно легко подстраивается под особенности конкретного аппарата, а вот научить этому нейросеть гораздо сложнее. Но по мере распространения технологии МРТ в здравоохранении растет и потребность в системах, которые могли бы взять на себя первичный анализ таких изображений, выступая помощником лечащего врача.

К примеру, магнитно-резонансная томография сегодня наиболее распространенный метод первичной неинвазивной диагностики опухолей головного мозга и контроля за динамикой заболевания. Сотрудники лаборатории работают над созданием системы искусственного интеллекта для дифференциальной диагностики новообразований головного мозга на МРТ-изображениях.

«Наш программный модуль не заменит врача, ставить диагнозы и назначать лечение должен только человек, но искусственный интеллект станет для него полезным помощником, предоставит информацию, сделает необходимые акценты, выделит значимые моменты», ─ рассказал заведующий лабораторией потоковых данных и машинного обучения Механико-математического факультета НГУ Евгений Павловский.

Модуль встроили в свободно распространяемое программное обеспечение, которое известно среди радиологов как удобный инструмент для изучения трехмерных МРТ-изображений. Разработка новосибирских ученых выступает как его клиентская часть: отсылает на сервер МРТ-снимки и получает в качестве ответа результат сегментации и классификации опухоли. В результате, удается с высокой точностью обнаруживать и распознавать четыре типа новообразований (менингиома, невринома, глиобластома и астроцитома), а также выделять их компоненты и размеры.

Как известно, нейросети с машинным зрением используют в работе принцип подобия и обучаются на основе ранее описанных изображений, чем точнее и детальнее на них представлен диагноз, чем больше параметров для сравнения можно использовать, тем выше вероятность, что система правильно распознает его на снимках других пациентов. Свой модуль ученые НГУ обучали на сформированном в лаборатории совместно с Федеральным центром нейрохирургии (г. Новосибирск) наборе данных, где содержится информация о более тысячи пациентах нейрохирургического профиля с постоперационными диагнозами, достоверно подтвержденными классическими методами (гистология и др.).

«Затем на этой базе мы обучили алгоритмы искусственного интеллекта и добились высокой степени подтверждаемости результатов обработки снимков с их помощью. Обучение системы продолжается и надеемся, в будущем она сможет заменить человека в выполнении рутинных процессов при определении контуров и типов опухолей головного мозга на МРТ-изображениях», — продолжил Евгений Павловский.

Параллельно с совершенствованием навыков нейросети в обработке снимков опухолей, сотрудники лаборатории занимаются расширением круга задач, которые можно решать с помощью искусственного интеллекта. Речь идет уже о создании алгоритмов компьютерного зрения для диагностики инфекционных заболеваний (детектирование, сегментация, классификация и трекинг: в пространстве и времени) по данным комплекса методик компьютерной томографии и рентгенографии.

Партнерами университета в этой работе стали несколько институтов и исследовательских учреждений: Новосибирский научно-исследовательский институт туберкулеза, Федеральный центр нейрохирургии, научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН, Институт медицины и психологии В. Зельмана, а также производители рентгеновских аппаратов и МРТ-комплексов.

«Проблема заболеваемости туберкулезом остро стоит в Сибири и на Дальнем Востоке. Не меньшую актуальность имеют и другие серьезные патологии легких. Наш проект стартовал в июле этого года и пока находится на начальной стадии реализации. Сейчас мы работаем в сотрудничестве с Новосибирским научно-исследовательским институтом туберкулеза, помогаем его специалистам подготовить данные для обучения алгоритмов, вместе с ними создаем необходимую для этого базу данных», — объяснил заведующий лабораторией.

В чем-то эта задача даже проще, чем обработка снимков МРТ. Как известно, рентгеновское излучение имеет достаточно узкий спектр и мощность сигнала в этом спектре достаточно несложно оцифровать. Также медицина располагает набором количественных показателей рентгеновской плотности (радиоденсивности) различных материалов и биологических объектов — шкалой Хаунсфильда. Причем, она является одинаковой для всех типов оборудования, используемого в рентгенографии и РКТ. Поэтому, используя ее, система без труда и достаточно точно определит, где на снимке находится кость, где — жидкость, где – мягкие ткани и т.д.

Но по ходу работы, пришлось решать ряд других непростых задач. Сначала рассматривался вариант о создании программного модуля, интегрированного в оборудование, но сейчас исследователи нацелились на создание программного обеспечения, которое могло бы применяться в любом лечебном и диагностическом медицинском учреждении при использовании уже имеющихся у них томографов. Это будет способствовать более массовому применению их системы, считают ученые.

Как и в случае с опухолями, ученые хотят интегрировать все эти задачи в комплексное решение, чтобы искусственный интеллект выполнял рутинные задачи – отличал здоровые легкие от пораженных болезнью, находил локализацию патологических образований, очерчивал контуры очагов заболевания и определял их расположение относительно ребер и позвонков, «подсвечивал» области особого внимания и «предлагал» возможный диагноз на основании опыта многих врачей, на котором его и обучают.

Параллельно идет дальнейшее совершенствование комплекса, обрабатывающего результаты МРТ-диагностики, теперь его обучают распознавать и локализовать не только опухоли головного мозга, но и очаги нейродегенеративных заболеваний на примере рассеянного склероза. Эта часть исследований финансируется уже грантом Российского научного фонда.

«В ближайшее время мы хотим собрать наши решения по МРТ в единый программный комплекс и вместе с системой по диагностике туберкулеза опробовать их в лечебных учреждениях Москвы, Новосибирска и Санкт-Петербурга. Предварительные договоренности об этом уже достигнуты», ─ подытожил Евгений Павловский.

Надо понимать, что пока речь идет только об испытаниях программного комплекса и предстоит еще немало сделать перед тем, как разработка новосибирских ученых войдет в клиническую практику, став частью традиционных диагностических методов здравоохранения.

Вместе с испытаниями уже созданных программных комплексов, в лаборатории продолжают вести дальнейшие исследования в области использования компьютерного зрения для решения задач медицинской диагностики. Сотрудники лаборатории надеются, что их возможности расширятся вместе с введением в строй объектов университетского кампуса мирового уровня, который строится на средства нацпроекта «Наука университеты». Как известно, к ним относятся научно-исследовательский корпус и учебно-научный центр Института медицины и психологии, выступающего одним из партнеров лаборатории в этой работе.