Vědci z Kalifornské univerzity v Santa Cruz prokázali, že malé shluky mozkové tkáně vypěstované v laboratoři lze vycvičit k vyřešení technického problému – vyvážení virtuálního pólu – pomocí pečlivě navržené elektrické zpětné vazby. Tento experimentální vzorek demonstruje, že nervová tkáň v Petriho misce je schopná adaptivního učení, což by mohlo poskytnout nový pohled na neurologická onemocnění a schopnost mozku pro plasticitu.
Experiment: Trénink mozkových organoidů k vyvážení pólu
Experiment používal kortikální organoidy – malé trojrozměrné struktury vyrostlé z myších kmenových buněk, které napodobují určité aspekty mozkové tkáně. Tyto organely nejsou schopny myšlení ani vědomí, ale mohou vysílat a přijímat elektrické signály a jejich spojení lze měnit stimulací. Výzva zahrnovala ovládání „vozíku na tyče“, což je simulace, ve které se virtuální vozík pohybuje doleva nebo doprava, aby udržoval kloubovou tyč ve vzpřímené poloze.
Tento problém je pro systémy umělé inteligence notoricky obtížný, protože vyžaduje neustálé, jemné úpravy spíše než jen jednu správnou odpověď. Organoidy byly připojeny k virtuálnímu prostředí a jejich elektrická aktivita byla interpretována jako příkazy k pohybu vozíku. Klíčem byla adaptivní zpětná vazba : když organoid fungoval špatně, dostal krátký impuls elektrické stimulace. Algoritmus upravoval, které neurony obdržely tuto stimulaci v závislosti na tom, zda podobné vzorce dříve vedly k lepší kontrole.
Proč na tom záleží: Pochopení plasticity mozku a onemocnění
Nemluvíme o vytváření funkčních biopočítačů. Místo toho je cílem pochopit, jak se neurony přizpůsobují k řešení problémů. Ash Robbins, výzkumník z Kalifornské univerzity v Santa Cruz, říká: “Snažíme se porozumět základním principům toho, jak lze neurony adaptivně vyladit, aby řešily problémy. Pokud dokážeme zjistit, co to pohání v Petriho misce, dá nám to nové způsoby, jak studovat, jak mohou neurologická onemocnění ovlivnit schopnost mozku učit se.”
Výsledky byly významné. Organoidy s adaptivní zpětnou vazbou vyrovnávaly pól ve 46 % cyklů, ve srovnání s 2,3 % u těch, kterým nebyla poskytnuta zpětná vazba, a 4,4 % u těch, kterým byla poskytnuta náhodná stimulace. To ukazuje, že tkáňová neurální spojení lze skutečně vyladit pomocí strukturované zpětné vazby.
Omezení a etické úvahy
Organoidní trénink je krátkodobý. Po pouhých 45 minutách nečinnosti se vrátí na původní úroveň výkonu. Budoucí výzkum se zaměří na zlepšení jeho paměti, možná zvýšením obtížnosti. David Haussler, bioinformatik zapojený do studie, zdůraznil, že cílem je posunout výzkum mozku a léčit neurologická onemocnění, nikoli nahrazovat robotické ovladače tkání vypěstovanou v laboratoři.
Použití organoidů lidského mozku vyvolá významné etické obavy, ale tato studie zatím nabízí unikátní okno do základních mechanismů plasticity mozku.
Tento výzkum ukazuje, že živé nervové okruhy lze adaptivně vyladit prostřednictvím strukturované zpětné vazby, což by mohlo způsobit revoluci v našem chápání toho, jak se mozek učí a přizpůsobuje, a jak neurologická onemocnění narušují tyto procesy.
