Реактор познавательный

Масштабное исследование выявило 21 универсальное выражение лица

Американские психологи провели крупное исследование эмоций в разных культурах с помощью глубокой нейронной сети. В эксперименте почти шесть тысяч участников подражали фотографиям лиц с различными выражениями, а затем определяли изображенные эмоции. Используя нейросеть, ученые проанализировали полученные данные и выявили 21 выражение с высокой культурной универсальностью.

Эмоции можно назвать универсальным языком человечества. Дарвин объяснял их возникновение и развитие эволюционной необходимостью. Психолог Пол Экман выделял шесть универсальных выражений лица: гнев, отвращение, страх, удивление, печаль и радость. Но эмоций и выражений внутреннего состояния существует несколько десятков, и в разных культурах они называются по-разному. Сколько вообще эмоций можно передать мимикой и насколько они универсальны?

Подобными вопросами задались исследователи из США. Они собрали базу данных из выражений лиц 5833 участников из шести стран: Китая, Эфиопии, Индии, Южной Африки, США и Венесуэлы. Ученые взяли 4659 изображений различных выражений лица и попросили испытуемых сфотографировать себя, имитируя мимику на картинках.

Участники в сумме сделали 423 193 фотографии и оценили эмоциональную интенсивность от нуля до 100 согласно 48 эмоциональным определениям в шести странах. Используя глубокую нейросеть, которую обучили предсказывать значения движений лица, игнорируя внешность и контекст, исследователи выявили 21 выражение с высокой культурной универсальностью. Результаты опубликованы в журнале iScience.

Главные недостатки предыдущих подобных исследований, как утверждают авторы статьи, состояли в недостаточной выборке и в том, что нейросеть ранее обучалась на эмоциях одной культуры. Чтобы избежать неправильного перевода определений в разных культурах, в новой работе нейросеть обучали определять выражение лица в каждой культуре отдельно — у нее не было предварительных знаний о том, как эмоциональные понятия переводятся с одной языка на другой.

Участники проходили эксперимент в два этапа. Сначала они подражали случайным выражениям лица из 4659 предложенных изображений. Затем они определяли, что чувствует человек на картинке, и оценивали интенсивность эмоции от нуля до 100. Испытуемые из Индии, Южной Африки и США использовали термины английского языка, из Китая — китайского, из Эфиопии — амхарского, из Венесуэлы — испанского. На втором этапе независимая группа участников из каждой страны по тем же критериям оценивала мимику на фотографиях других испытуемых.

В результате выяснилось, что выражения лица, которые ассоциируются с 17 разными эмоциями, определялись одинаково во всех шести странах. Это «гнев», «скука», «концентрация», «отвращение», «страх», «радость», «боль», «грусть», «сексуальное желание», «(положительное) удивление», «усталость», «триумф», «спокойствие», «растерянность», «разочарование», «страдание» и «интерес». Четыре других понятия ученые классифицировали не так точно: «созерцание» в одних странах ассоциировалось с «сомнением» в других, то же самое случилось с парами «любовь» / «романтика»; «удовлетворение» / «довольство»; «(негативное) удивление» / «благоговение».

Однако, как отметили авторы, их исследование не лишено ограничений. Так, 4659 выражений лица испытуемых — это далеко не все возможные комбинации движений лицевых мышц. К тому же, помимо четырех выбранных языков, на которых говорит 40% населения Земли, существует еще 189 стран и 6500 других языков. Также до конца не ясно, как меняется мимика в зависимости от пола, социального класса и прочих индивидуальных различий.

Палеоцен Южной Америки (2)

Млекопитающие Южной Америки большей частью очень своеобразны, причиной чего была длительная изоляция континента, который, впрочем, и в текущую геологическую эпоху соединяется с Северной Америкой лишь узким Панамским перешейком. Иногда изоляция прерывалась, и за время соединения материков происходил некоторый обмен видами. В основном переселение шло с севера на юг. В последующие миллионы лет переселенцы сами давали разные эволюционные побеги, приобретая большое своеобразие.

Ещё одна своеобразная особенность Южной Америки: наличие нескольких отрядов млекопитающих, существовавших только тут, и в результате конвергентной эволюции породивших местные аналоги тапиров, бегемотов, зайцеобразных и другие морфологические формы, существовавшие в отрядах непарнокопытных, копытных, хищных и др.

При этом все отряды наземных млекопитающих имеют всего три корня: опоссумы, неполнозубые (от неизвестных предков) и кондиляртры (древние примитивные копытные).

  Во время изучения фауны Южной Америки и, в частности, островов Галапагос Ч. Дарвина посетило сатори, и он разработал свою теорию естественного отбора.

  У меня наконец дошли руки до чтения книги Дж. Симпсона «Великолепная изоляция» о политической стратегии США в XIX в. истории южноамериканских млекопитающих. Постараюсь в свободное время выкладывать посты с оставшимися артами по этой теме и с пояснениями, но времени мало, а дел много. Даже забыл, что уже выкладывал кое-что по палеоцену Южной Америки https://joyreactor.cc/post/5308756

  Фауна раннепалеоценовой Аргентины (Пунта-Пелигро). На переднем плане утконос Monotrematum sudamericanum:

Пример конвергентной эволюции (это не древние носороги и бегемоты, это потомки вряд ли даже близких родственников предков нынешних копытных):

Физики решили «проблему Фейнмана» об инвертированном разбрызгивателе. Ответ очевидный, а вот объяснение — нет

В какую сторону будет вращаться обычный садовый опрыскиватель, если поток жидкости в нем обернуть вспять? Ответ на этот вопрос выглядит абсолютно очевидным. И он всегда разный в зависимости от степени понимания отвечающим физики протекающих процессов. Поэтому неудивительно, что загадка об инвертированном разбрызгивателе занимала лучшие умы человечества многие десятилетия. К счастью, американские ученые наконец-то теоретически и экспериментально обосновали по-настоящему правильное ее решение.

Разбрызгиватель, работающий в инвертированном режиме (вода движется к центру устройства через трубки-сопла внутрь). Хорошо видны формирующиеся внутри него вихри разного размера и направления

Для начала стоит упомянуть, что проблема инвертированного разбрызгивателя — наглядная иллюстрация закона Стиглера: Ричард Фейнман лишь популяризовал загадку, но сформулировал ее далеко не первым. Наиболее раннее упоминание этого теоретического вопроса встречается в труде The Science of Mechanics (1883 год) небезызвестного Эрнста Маха, именем которого названо число Маха. Экспериментальные попытки определить, в какую сторону будет вращаться инвертированный разбрызгиватель, стали предпринимать примерно с 1940-х годов.

Имя Фейнмана с этой задачей связано следующим образом. Во-первых, когда он услышал обсуждение проблемы инвертированного разбрызгивателя (как раз в 1940-е) коллегами-аспирантами, предложил провести эксперимент. И не где-нибудь, а в помещении циклотрона Принстонского университета. Опыт закончился феерично: задействованный в процессе стеклянный бак разорвало от избыточного давления. Результат оказался спорным, разбрызгиватель сначала немного дернулся вокруг своей оси, а затем замер и больше не двигался. Хотя вода через него продолжила проходить.

Во-вторых, именно Фейнман познакомил широкую публику с проблемой инвертированного разбрызгивателя. Она упоминается в его автобиографической книге «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман» (1985 год). Хотя в среде популяризаторов науки и ученых эта задача и ранее ассоциировалась с его фамилией, чем гениальный физик явно не был доволен. Он справедливо указывал, что лавры первооткрывателя принадлежат не ему, а Маху.

60-дюймовый циклотрон в Лаборатории радиации им. Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли

Упрощенно суть проблемы заключается в следующем. Полностью погрузим садовый S-образный вращающийся разбрызгиватель в большую емкость и попробуем откачать через него воду. В какую сторону будет вращаться разбрызгиватель и будет ли он это делать вообще? Возможных решений три:

1 - Он будет вращаться в сторону, противоположную «обычному» режиму разбрызгивания: вода же всасывается, следовательно, на срезе сопел возникает разрежение. Это объяснение наименее полное с точки зрения физики, но интуитивно кажется самым логичным.

2 - Он будет вращаться в ту же сторону, что и «обычный» разбрызгиватель: увлекаемая в него вода передает часть крутящего момента на изгибающееся сопло. Этот вариант требует как можно меньшего трения во всех вращающихся деталях разбрызгивателя.

Разбрызгиватель, работающий в режиме обычного опрыскивателя (вода движется от центра устройства через трубки-сопла наружу)

На протяжении последнего полувека различные исследователи проводили эксперименты, чтобы определить, какой из этих вариантов соответствует действительности. Но результаты были всегда неоднозначные. Даже в тех случаях, когда трение движущихся частей разбрызгивателя удавалось снизить практически полностью, он либо стоял на месте, либо едва заметно вращался в противоположную сторону. Полноценного ответа найти не получалось.

За решение эпохальной задачи взялась лаборатория прикладной математики Курантовского института математических наук (NYU Courant: Institute) — независимого подразделения Нью-Йоркского университета. В ней уже не раз отвечали на животрепещущие вопросы «жизни, Вселенной и вообще»: в 2018 году нашли рецепт идеальных мыльных пузырей, в 2021-м объяснили формирование загадочных каменных лесов, а в 2022-м изучили нюансы аэродинамики планеров с тончайшими крыльями (что позволяет делать самые эффективные бумажные самолетики). Новая научная работа плодотворной исследовательской организации опубликована в рецензируемом журнале Physical Review Letters.

Чтобы во всех деталях изучить происходящее с инвертированным разбрызгивателем, ученым пришлось попотеть. Сначала они создали наиболее полную модель устройства, провели все необходимые вычисления и рассчитали разные варианты развития событий в эксперименте. Для опыта исследователи собрали такую установку, в которой не только минимизировано трение, но и устранены возможные возмущения от потоков жидкости вокруг самого разбрызгивателя.

Во время эксперимента использовали не обычную воду — в нее добавили отражающие микрочастицы, которые ярко светились в лучах подсвечивающего лазера. Так получилось наглядно увидеть поток жидкости и все возникающие в нем турбулентности. Результатом экспериментов и моделирования стала удивительная картина: инвертированный разбрызгиватель действительно будет крутиться в сторону, противоположную «обычному» режиму работы. Только в 50 раз медленнее. Самое удивительное, что обнаружили исследователи: механизм этого вращения полностью идентичен таковому у «правильного», не инвертированного разбрызгивателя. И его секрет кроется в том, что происходит внутри устройства.

Схема эксперимента: (a) — разбрызгиватель в разрезе (он способен работать и в обычном и в инвертированном режиме); (b) — чертеж всей установки; (c) — иллюстрация, показывающая метод визуализации турбулентных потоков (в плоскости трубок-сопел работает «лазерная завеса», которая подсвечивает отражающие микрочастицы, двигающиеся вместе с водой)

Дело в том, что при всасывании воды, трубки-сопла тоже формируют струи, только не снаружи разбрызгивателя, а внутри. Даже если они расположены строго на противоположных сторонах кольца и оси их параллельны, получившиеся струи не обязательно столкнутся в центре. Ведь сопла изгибаются, меняют направление движения воды, а она, в свою очередь, получает от этого дополнительный импульс. И когда покидает трубку, часть этого импульса заставляет поток отклоняться от прямолинейной траектории.

В результате внутри разбрызгивателя возникает несколько вихрей, вращающихся в противоположные стороны. Но их размер, а вместе с тем скорость и объем вовлеченной воды, не одинаковый. Это приводит к неравномерному распределению момента силы в разных направлениях. И устройство вращается.

Вывод исследования можно кратко сформулировать так: будет ли фейнмановский разбрызгиватель вращаться и если да, то в какую сторону, — в первую очередь зависит от внутренней геометрии этого разбрызгивателя. В общем случае он будет едва заметно вращаться в обратную сторону, но если трение в его деталях велико, то это движение зафиксировать трудно.

Статья спизжена отсюда

Когда производитель не обманул, что лапша с мясом

ссылка на гифку

Пять странных фактов. Часть XXXIII

Обязательный Disclaimer: Я обычно пишу большие лонгриды на всякую странную тематику, но в процессах поисков натыкаюсь на кучу мелких историй, растянуть которые в полноценную статью не позволяет даже моя графомания. Поэтому — небольшую подборку странных штук из мира вокруг. Они не особо подвергались проверкам с моей стороны — искать доказательства и подтверждения всего этого времени просто не было. Можно возражать, исправлять и гнобить, кто вам запретит, да?

Картинка в заголовке статьи служит для привлечения внимания. Так нейросетка представляет этот выпуск, после скармливания всех ключевых слов из статьи. Ищите пасхалки сами.

Итак, работа в науке.
Фантазии: Ты раскрываешь геномы неизведанных существ, ищешь лекарства от болезней.
Реальность: Пукаешь на чашку Петри.

Где-то в 2000 году на научно-популярное шоу позвонила медсестра и задала ведущему вопрос: «Иногда я ассистировала во время операций в стерильной среде и при этом пукала. Нарушают ли подобные поступки чистоту в зале или нет?» И учёные взялись это выяснять, так как ответа на этот вопрос у них не было. Был проведён эксперимент. С расстояния в 5 сантиметров были произведены несколько залпов в чашки Петри (вот сейчас, визуализировали это, просто ради прикола). Часть была выполнена в одежде, другие эксперименты проводились со спущенными штанами.

Результат: газы прошедшие через ткань никакой реакции не выдали. В чашках Петри, куда попали пуки (где-то начал смеяться мой сын) без одёжного фильтра — образовались колонии бактерий, которые встречаются в кишечнике и на коже (видимо, сорванные с ягодиц потоком газов). Но даже эти бактерии не были вредоносными. Как описали сами микробиологи — это были что-то вроде тех микроорганизмов, что содержаться в йогуртах.

Короче, не пукайте без штанов возле еды. А если это и случится, ничего страшного не произойдёт. При худшем развитии событий у вас будет йогурт.


--- Мудрость и предприимчивость ---

ГИАЦИНТ РИГО «ПОРТРЕТ ЛЮДОВИКА XIV» (~1701)

Гиацинт Риго — имя очень подходящее художнику, который специализировался на парадных портретах высшего общества в эпоху барокко. Какое самое главное умение для такого мастера? Правильно, знатно управляться с богатейшими драпировками: и ковры, и занавеси, и мрамор колонны, и бархат плаща, и подбой горностаевый, и тончайший шёлк чулок. Причём, если вы возьмётесь рассматривать узоры, а не воспринимать картину целиком, вы заметите, как композиция сползает вправо вниз. Этот эффект пропадает, если благоговейно взирать на главное — лицо монарха в кудряшках. Людовику между прочим тут уже за 60. Как у большого любителя танцев, ноги у короля ещё вполне себе, чем портретируемый явно гордился. Риго хороший портретист и немного политтехнолог: знает, что подчеркнуть шёлком, а что поглубже в кудри запрятать.

Пять странных фактов. Часть XXXI

Обязательный Disclaimer: Я обычно пишу большие лонгриды на всякую странную тематику, но в процессах поисков натыкаюсь на кучу мелких историй, растянуть которые в полноценную статью не позволяет даже моя графомания. Поэтому — небольшую подборку странных штук из мира вокруг. Они не особо подвергались проверкам с моей стороны — искать доказательства и подтверждения всего этого времени просто не было. Можно возражать, исправлять и гнобить, кто вам запретит, да?

Картинка в заголовке статьи служит для привлечения внимания. Так нейросетка представляет этот выпуск, после скармливания всех ключевых слов из статьи. Ищите пасхалки сами.

---

В Австралии нашли животное, жертвующее сном и продолжительностью жизни ради секса.

Сумчатая мышь антехинус, самцы которого во время брачного сезона жертвуют сном и продолжительностью своей жизни ради спаривания. Они спят не более трех часов в сутки, остальное время проводя в поисках самок и в акте спаривания, стремясь оплодотворить как можно больше самок. Это существенно сокращает их срок жизни: самцы живут всего год и погибают сразу после окончания периода половой активности, а вот самки живут в два раза дольше и больше высыпаются.

Застенчивость кроны - это феномен, который наблюдается у некоторых видов деревьев и заключается в том, что кроны полностью развитых деревьев не соприкасаются, формируя полог леса с каналами-пробелами. Другое название — «разомкнутость полога», «застенчивость полога» или «межкроновое пространство».

Биологи выяснили, как тихоходки выживают в экстремальных условиях

Долгое время для исследователей оставалось загадкой, как именно тихоходки запускают анабиоз, при котором их тело высыхает и выглядит словно безжизненный шар. В таком состоянии эти животные могут переносить холод, голод, засуху на протяжении нескольких лет. К ответу на вопрос приблизились американские биологи.

ссылка на гифку

Тихоходка под микроскопом

Тихоходки (Tardigrada) — восьминогие микроскопические беспозвоночные, которых еще называют «маленькими водяными медведями» из-за их ног, отдаленно напоминающих лапы медведя. Тихоходок по праву можно назвать самыми живучими существами на земле: считается, что они способны пережить любой апокалипсис.

Эти животные десятилетиями могут находиться под водой, выдерживать температуры ниже минус 200 градусов Цельсия и на протяжении нескольких лет жить в жидком кислороде при минус 193 градусах. Также тихоходка годами способна существовать без еды, воды и кислорода, вполне комфортно чувствует себя в открытом космосе и хорошо переносит воздействие радиации.

В экстремальных условиях у тихоходок повышается уровень стресса, и они переходят в состояние анабиоза, при котором втягивают свои конечности, резко сокращают запасы воды. Тело высыхает и выглядит как безжизненный шар (или тун — так называют шарообразную форму тихоходок в анабиозе). Во время глубокой спячки метаболизм тихоходок замедляется до 0,01 процента от его нормальной скорости. Такое состояния значительно повышает шансы на выживание.

Тихоходка в анабиозе

Пока тихоходки находятся в анабиозе, их легко переносят ветер и вода. Когда животные попадают в благоприятные условия, уровень стресса возвращается к норме, и они «оживают». Важно отметить, что эти существа не процветают в экстремальных условиях, а просто их переживают.

Ученые давно пытаются понять, какие именно механизмы отвечают за состояние «туна», то есть за превращение тела тихоходок в «безжизненный шар». К ответу приблизилась группа американских исследователей из Университета Маршалла и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле. Результаты работы опубликованы в журнале PLoS One.

Чтобы вызвать у тихоходок «тун», биологи подвергли животных воздействию высоких концентраций перекиси водорода, сахара и соли при температуре минус 80 градусов. В эксперименте использовали вид тихоходок Hypsibius exemplaris, который выращивали в лаборатории в одно- и двухлитровых колбах на протяжении нескольких недель. Затем их переносили в чашки Петри, где испытывали и изучали с помощью микроскопов и масс-спектрометрии, позволяющей исследовать и анализировать вещества.

Ученые обнаружили, что когда у тихоходок повышался уровень стресса, они вырабатывали высокореактивные молекулы — внутриклеточные активные формы кислорода (свободные радикалы). Затем эти свободные радикалы вступали в реакцию с другими молекулами и окисляли аминокислоту под названием цистеин — важный компонент многих белков и ферментов. Такие реакции заставляли белки менять свою структуру и функции, «оповещая» организм о наступлении анабиоза.

Также тихоходка, снимок сделан с помощью растрового электронного микроскопа

Когда же исследователи подавляли высвобождение высокореактивных молекул с помощью антиоксидантов, то есть не допускали окисления цистеина, тихоходки не могли больше испытывать стресс, а значит, и перейти в состояние «туна».

«У тихоходок цистеин работает как своего рода регулирующий датчик. Он позволяет этим животным чувствовать окружающую среду и реагировать на стресс», — пояснила Лесли Хикс (Leslie Hicks), участвовавшая в исследовании.

Авторы научной работы отметили, что их открытие хотя полностью и не раскрывает всех механизмов, позволяющих тихоходкам превращаться в «безжизненный шар», значительно приближает к ответу на этот вопрос.

В новых исследованиях ученые хотят выяснить, можно ли считать окисление цистеина универсальным механизмом защиты у всех видов тихоходок. Биологи уверены, что их данные помогут коллегам в будущем лучше понять процессы старения и даже то, как сделать долгосрочные космические путешествия безопасными для человека.

Статья спизжена отсюда