В начале февраля нижегородский физик ННГУ имени Н. И. Лобачевского Сусанна Гордлеева получила премию президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2023 год. Награду присудили за сложное и малопонятное далеким от науки людям исследование в сфере нейроморфного искусственного интеллекта. Корреспондент «Открытого Нижнего» поговорил с ученым и узнал, какая практическая польза скрывается за этими словами, как Гордлеева попала в науку и что есть в жизни 36-летнего профессора кроме работы.
— Сусанна, расскажите, как вы попали в науку? К тому же в такую сравнительно новую и узкую сферу. Почему вы заинтересовались нейротехнологиями?
— Решение поступить именно на радиофизический факультет было принято мной еще во время учебы в средних классах школы. Я выбрала для себя специальность «Фундаментальная радиофизика». На третьем курсе Виктор Борисович Казанцев — на тот момент молодой доктор наук, недавно создавший базовую, межфакультетскую и межинститускую кафедру нейродинамики и нейробиологии, — предложил нам очень интересные темы для студенческих научных работ. Они были посвящены различным аспектам деятельности головного мозга, притом не только теоретически-биофизическим, но и экспериментально-биологическим. Сначала во всем этом было очень сложно разобраться, однако энергия и энтузиазм, которые проявлял преподаватель, воодушевил нас, и он стал нашим научным руководителем.
К тому же, и во время студенчества, и сейчас мне очень нравится решать практические задачи, имеющие отношение к реальной жизни. Например, интересно исследовать сигнализацию клеток головного мозга и понимать, что эти процессы происходят в каждом человеке. Успехи, которых уже удалось достичь на этом пути, обнадеживают, говорят о том, что выбор был сделан правильный.
— Каково быть профессором в 36 лет? И как вам удалось достичь этого?
— Вы знаете, вполне нормально. Сегодня наука молодеет, и это не может не радовать. В 2022 году я защитила докторскую диссертацию и получила должность профессора на кафедре нейронехнологий Института биологии и биомедицины ННГУ. Кстати, на днях мне дали ученое звание доцента. А вот до звания профессора еще нужно пройти определенный путь.
— А кто из ученых служил или служит для вас примером?
— Безусловно, Виктор Борисович Казанцев, заведующий нашей кафедрой нейротехнологий. Он мой бессменный научный руководитель и консультант, считаю его своим учителем с большой буквы. Именно он привел меня в науку, дал в руки любимое дело.
Конечно, в нашей области науки есть множество великих имен, есть абсолютные классики. Например, Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли, создавшие в 1952 году математическую модель, описывающую генерацию и распространение потенциалов действия в нейронах. Спустя десятилетие эти ученые были удостоены за свое открытие Нобелевской премии. Это открытие, которое они дали миру, — ярчайший пример прозорливости в науке. Думаю, именно к такому уровню и нужно стремиться.
— Объясните читателям, далеким от науки, чем конкретно вы занимаетесь. Как простым людям понять, что такое нейротехнологии, модели нейросистем и технологии нейроморфного искусственного интеллекта?
— На самом деле, это очень просто. Мои научные исследования посвящены созданию биолого-правдоподобных математических моделей нейронных сетей. Другими словами, я близко к биологии описываю, как происходит сигнализация клеток головного мозга. На основе этих математических моделей я разрабатываю новые перспективные технологии искусственного интеллекта. Такие технологии называются нейроморфными, то есть мозгоподобными. Они повторяют принципы работы головного мозга, что и позволяет им работать более эффективно: эти технологии требуют меньше энергии и вырабатывают большее количество информации. На их основе можно сделать новые нейроморфные вычислительные системы.
— Объясните, в чем заключается новаторство вашего исследования?
— Алгоритмы, которые сейчас используются в искусственном интеллекте, построены на формальных нейронных сетях. Кстати, несмотря на то, что они так называются, никакого отношения к мозгу такие нейронные сети не имеют. Компьютеры при этом сделаны следующим образом. Есть железка-обработчик информации, а есть железка-хранилище данных. Между этими блоками — провод. В процессе обработки данных все время идет обмен между обработчиком и хранилищем, и место провода занимает всю энергию. А вот когда мы повторяем принципы работы головного мозга, обработчик и хранилище находятся в одном месте. Провод не нужен, и нам не надо тратить энергию на обмен.
Кроме того, нейронные сети, за разработку которых я и получила награду, уникальны тем, что в них мы включили вспомогательные клетки мозга — астроциты. Научных работ, которые включают астроциты в сигнализацию нейронных сетей, очень мало. В нашей стране их практически нет, да и за рубежом тоже. Дело в том, что сейчас основной поток исследователей, занимающихся разработками в области искусственного интеллекта, направлен на формальные технологии. Они более простые и везде сейчас реализованы. Исследователей, которые делают нейроморфный искусственный интеллект, процентов 5-10 от всего объема. А исследователей, которые добавляют туда астроциты, вообще единицы. Именно в этом и заключается уникальность.
— Вы все время говорите об астроцитах. Что это вообще такое и почему их никто не додумался использовать?
— У нас в мозге очень много типов клеток. Есть нейроны, есть глиальные клетки, есть и другие. Астроциты — это самый распространённый тип глиальных клеток в нашей центральной нервной системе. Они не могут генерировать электрические сигналы, которые генерируют нейроны и которые передаются по нейронной сети. Раньше считалось, что все процессы обработки информации в мозге связаны именно с этими электрическими сигналами, а астроциты выполняют вспомогательные функции: питают нейроны, убирают отходы метаболизма в процессе их жизнедеятельности. Но совсем недавно стало появляться очень много экспериментальных данных, которые доказывают, что астроциты все-таки включены в процесс обработки информации. Технический прогресс достиг такого уровня, что ученые в лабораторных условиях могут выключать астроциты или наоборот их стимулировать. В последнем случае лабораторное животное начинает лучше запоминать новую информацию или справляться с лабиринтами. Также исследования показывают и клеточный механизм того, как действуют нейроны с астроцитами. Оказалось, что астроциты способны высвобождать или выделять химические вещества, которые влияют на передачу сигналов между нейронами. Этот эффект мы и включили в нашем исследовании.
— Какова практическая польза вашего научного проекта?
— Ключевой особенностью моделей, которые я разрабатываю, является то, что все их элементы могут сделать из математического описания вещь, электронный контур, подходящий для мемристорной электроники. То есть электроники, которая повторяет принципы работы мозга. На ней можно сделать новые вычислительные машины, которые как раз и будут требовать меньше энергии. Нужны они, например, для нейропротезов и нейроинтерфейсов. То есть можно сделать устройство, которое снимает активность головного мозга, будучи приспособленным именно для этого. Считается, что такие модели обладают большим потенциалом.
— Премия президента РФ, конечно, очень почетная награда. Ее размер 5 млн! Расскажите, эта сумма достанется только вам? И на что, кстати, планируете ее потратить?
— В моем случае премия персональная, хотя на нее могут выдвигаться и коллективы ученых. Так бывает, например, в экспериментальных исследованиях. О том, куда потратить деньги, я, если честно, еще вообще не думала. Просто не было времени.
— Чем, по-вашему, женщина-ученый отличается от мужчины-ученого? И есть ли вообще разница?
— На этот вопрос можно ответить с двух разных точек зрения. Есть бытовая сторона нашей жизни, и в этом отношении женщине сложнее вне зависимости от того, какую профессию она выбрала. В нашем обществе принято, что женщина следит за детьми, за семьей, за бытом. И этого никто не отменяет, даже когда ты становишься ученым (смеется. — Прим. ред). Я замужем, у меня двое маленьких детей. Конечно, мне очень помогают бабушки, без них я бы не справилась. Кроме того, в жизни многих женщин-ученых есть периоды, когда они подготавливаются к рождению ребенка. Кстати, на самом высоком уровне уже озвучивалась важная инициатива так называемой «остановки часов», когда статус «молодого ученого» у женщин, посвятивших себя науке, продлевается на время декрета. Это очень важно для многих их них, это дополнительная поддержка и стимул.
С профессиональной же точки зрения женщины отличаются от мужчин своей многозадачностью, многопотоковостью. Мужчинам легче сконцентрироваться здесь и сейчас на одном конкретном деле. Потом они переключаются на другую задачу. Женщины способны работать над несколькими задачами параллельно. На мой взгляд, это большой плюс, особенно в той активно развивающейся научной среде, в которой работаю я. Эта сфера постоянно находится в движении: мы пишем заявки на гранты, отчеты, участвуем во многих научных мероприятиях, конференциях, симпозиумах, проводим исследования. Именно поэтому я считаю, что девушкам в этом плане проще. Кроме того, у нас есть творческий подход, мы стремимся к красоте, изяществу. Это играет большую роль особенно сегодня, когда во всех сферах – и наука не исключение – важно представить себя и свое дело не только понятно, но и красиво.
— Принято считать, что наука — мужская сфера. Каково вам работать в мужском коллективе?
— Я всю жизнь работаю в мужском коллективе, еще начиная с радиофака, где нас было 4 девочки на 25 человек. И сейчас ситуация мало чем отличается. И могу сказать, что мне комфортно, уютно так работать.
— Должно быть, работа занимает уйму времени и сил. Расскажите, чем вы увлекаетесь, как проводите выходные? А есть ли в вашей жизни что-то кроме науки?
— Когда я ухожу с работы, основная часть времени уходит на семью, детей. Они еще маленькие — 5 и 10 лет, и мне хочется быть с ними как можно больше, ведь пройдет еще немного времени, и они повзрослеют, станут совсем другими. Маленькие дети создают дома совсем другую атмосферу, они меняют мироощущение взрослых, я чувствую рядом с ними себя лучше.
— Каковы ваши дальнейшие планы на научную деятельность и жизнь в целом? Ограничитесь премией президента или пойдете дальше?
— Ученые по-разному воспринимают получение подобной награды. Некоторые считают ее финишной чертой. Говорят: «Вот, мне дали самую престижную научную награду для молодых ученых в нашей стране. В науке я состоялся, нет смысла двигаться дальше». Но для меня эта премия — стимул продолжать работать. Это подтверждение правильности выбранного пути, оценка моих достижений.
— Как думаете, что это может дать?
— Посмотрим. Лауреаты президентской премии становятся очень заметными фигурами, нас приглашают к большим ученым, мы выступаем в правительстве РФ. Внимание к нам — это внимание к нашим разработкам, к нашим идеям. Значит, идеи будут жить, будут реализовываться. Во всяком случае именно так я воспринимаю происходящие изменения.
Фото: «Открытый Нижний»
Наша группа ВКонтакте: последние новости, конкурсы, живое общение. Подписывайтесь!