I ricercatori dell’Università della California, a Santa Cruz, hanno dimostrato che piccoli gruppi di tessuto cerebrale coltivato in laboratorio possono essere addestrati a risolvere un problema di ingegneria – bilanciare un polo virtuale – utilizzando un feedback elettrico attentamente progettato. Questo esperimento dimostrativo mostra che il tessuto neurale in una capsula può apprendere in modo adattivo, il che potrebbe fornire nuove informazioni sulle malattie neurologiche e sulla capacità di plasticità del cervello.
L’esperimento: insegnare agli organoidi del cervello a bilanciare un palo
L’esperimento ha utilizzato organoidi corticali, piccole strutture tridimensionali coltivate da cellule staminali di topo che imitano alcuni aspetti del tessuto cerebrale. Questi organoidi non sono capaci di pensiero o coscienza, ma possono inviare e ricevere segnali elettrici e le loro connessioni possono essere modificate attraverso la stimolazione. Il compito era controllare un “palo” – una simulazione in cui un carrello virtuale si muove a sinistra o a destra per mantenere un palo incernierato bilanciato verticalmente.
Questo problema è notoriamente difficile per i sistemi di intelligenza artificiale perché richiede aggiustamenti costanti e precisi, non solo un’unica risposta corretta. Gli organoidi erano collegati all’ambiente virtuale e la loro attività elettrica veniva interpretata come comandi per spostare il carrello. La chiave era il feedback adattivo : quando l’organoide funzionava male, riceveva una breve scarica di stimolazione elettrica. Un algoritmo ha regolato quali neuroni ricevevano questa stimolazione in base al fatto che modelli simili avessero precedentemente portato a un migliore controllo.
Perché è importante: comprendere la plasticità cerebrale e le malattie
Non si tratta di creare biocomputer funzionali. Si tratta invece di capire come i neuroni si adattano per risolvere i problemi. Secondo Ash Robbins, ricercatore presso l’UC Santa Cruz, “Stiamo cercando di comprendere i fondamenti di come i neuroni possono essere sintonizzati in modo adattivo per risolvere i problemi. Se riusciamo a capire cosa lo spinge in una capsula, avremo nuovi modi per studiare come le malattie neurologiche possono influenzare la capacità di apprendimento del cervello”.
I risultati sono stati significativi. Gli organoidi a cui è stato dato feedback adattivo hanno bilanciato il polo nel 46% dei cicli, rispetto al 2,3% per quelli a cui non è stato dato feedback e al 4,4% per quelli a cui è stata data stimolazione casuale. Ciò dimostra che le connessioni neuronali del tessuto possono essere sintonizzate attraverso un feedback strutturato.
I limiti e le considerazioni etiche
L’apprendimento dell’organoide è di breve durata. Dopo soli 45 minuti di inattività, ritorna alle prestazioni di base. La ricerca futura si concentrerà sul miglioramento della sua memoria, possibilmente aumentandone la complessità. David Haussler, un bioinformatico coinvolto nello studio, ha sottolineato che l’obiettivo è far avanzare la ricerca sul cervello e curare le malattie neurologiche, non sostituire i controller robotici con tessuti coltivati in laboratorio.
L’uso di organoidi del cervello umano solleverebbe serie preoccupazioni etiche, ma per ora questa ricerca offre una finestra unica sui meccanismi fondamentali della plasticità cerebrale.
Questo studio dimostra che i circuiti neurali viventi possono essere sintonizzati in modo adattivo attraverso feedback strutturato, una scoperta che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione di come il cervello apprende e si adatta e di come le malattie neurologiche interrompono questi processi.
