Дослідники з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі показали, що невеликі кластери вирощеної в лабораторії тканини мозку можуть бути навчені рішенню інженерного завдання — балансуванню віртуального жердини — за допомогою ретельно розробленого електричного зворотного зв’язку. Цей експериментальний зразок демонструє, що нервова тканина в чашці Петрі здатна до адаптивного навчання, що може дати нові уявлення про неврологічні захворювання та здатність мозку до пластичності.
Експеримент: Навчання Мозкових Органоїдів Балансування Шеста
В експерименті використовувалися кортикальні органоїди – невеликі тривимірні структури, вирощені зі стовбурових клітин миші, що імітують певні аспекти тканини мозку. Ці органоїди не здатні до мислення або свідомості, але вони можуть посилати та приймати електричні сигнали, а їх зв’язки можна змінювати за допомогою стимуляції. Завдання полягало в управлінні «візком-жердиною» — симуляції, в якій віртуальний візок рухається вліво або вправо, щоб утримувати шарнірну жердину у вертикальному положенні.
Ця проблема, як відомо, складна для систем штучного інтелекту, оскільки потребує постійних, тонких коригувань, а не просто однієї правильної відповіді. Органоїди були підключені до віртуального середовища, а їхня електрична активність інтерпретувалася як команди для переміщення візка. Ключовим моментом був “адаптивний зворотний зв’язок”: коли органоїд працював погано, він отримував короткий імпульс електричної стимуляції. Алгоритм регулював, які нейрони отримували цю стимуляцію, залежно від того, чи спричиняли схожі патерни раніше до кращого контролю.
Чому Це Важливо: Розуміння Пластичності Мозку та Захворювань
Не йдеться про створення функціональних біокомп’ютерів. Натомість, мета полягає в тому, щоб зрозуміти, як нейрони адаптуються для вирішення проблем. За словами Еша Роббінса, дослідника з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі: «Ми намагаємося зрозуміти фундаментальні принципи того, як нейрони можуть бути адаптовано налаштовані для вирішення проблем. Якщо ми зможемо з’ясувати, що рухає це в чашці Петрі, це дасть нам нові способи вивчення того, як неврологічні захворювання можуть впливати на здатність мозку до навчання».
Результати були значними. Органоїди з адаптивним зворотним зв’язком балансували жердину в 46% циклів, порівняно з 2,3% для тих, яким не давали зворотний зв’язок, і 4,4% для тих, яким давали випадкову стимуляцію. Це показує, що нейронні зв’язки тканини дійсно можуть бути налаштовані за допомогою структурованого зворотного зв’язку.
Обмеження та Етичні міркування
Навчання органоїду короткочасне. Після всього 45 хвилин бездіяльності він повертається до початкового рівня продуктивності. Подальші дослідження будуть зосереджені на покращенні його пам’яті, можливо шляхом підвищення складності. Девід Хаусслер, біоінформатик, який брав участь у дослідженні, наголосив, що мета – просунути дослідження мозку та лікувати неврологічні захворювання, а не замінювати роботизовані контролери вирощеною в лабораторії тканиною.
Використання людських мозкових органоїдів викликає серйозні етичні побоювання, але зараз це дослідження пропонує унікальне вікно в фундаментальні механізми пластичності мозку.
Дане дослідження демонструє, що живі нейронні ланцюга можуть бути адаптовано налаштовані за допомогою структурованого зворотного зв’язку, що може революціонізувати наше розуміння того, як мозок навчається та адаптується, і як неврологічні захворювання порушують ці процеси.
