Текст опубликован в личном блоге и его автор не имеет отношения к администрации сайта
Ученые из Австралии показали, что скопления клеток мозга, выращенные в лабораторной посуде, можно научить играть в пинг-понг. Это первый случай, когда подобные клетки продемонстрировали способность выполнять задачи, направленные на достижение цели, и это по мнению авторов исследования открывает путь к новому пониманию работы нашего мозга.
Система, которую команда назвала "DishBrain", представляет колонию из примерно 800 000 человеческих и мышиных нейронов, выращенных в условиях эксперимента и установленных на массивах микроэлектродов. Электроды воспринимают активность клеток и воздействуют на них электрическими сигналами. В предыдущих работах подобные установки использовались для изучения развития неврологических заболеваний, но впервые эти выращенные в лаборатории мозги были обучены выполнять конкретные задачи.
Команда фактически поместила клетки мозга в виртуально воссозданную классическую аркадную игру пинг-понг, в которой клетки сами выступают в роли ракетки и должны вовремя отбивать имитированный шарик. Электроды по обе стороны от DishBrain подавали сигналы, указывающие на местоположение шарика. При этом интенсивность сигналов могла нарастать или убывать, указывая расстояние шарика от ракетки. В итоге нейроны посылали свои сигналы и перемещая виртуальную ракетку отбивали шарик.
"Эта новая возможность научить клеточные культуры выполнять задачу, в которой они проявляют разумность - управляя ракеткой, чтобы вернуть шарик - открывает новые перспективы для научных экспериментов, которые будут иметь далеко идущие последствия для технологий, здоровья и общества", - сказал д-р Адиль. Рази, один из авторов проекта.
По вполне понятным причинам обучение DishBrain было делом весьма непростым. Обычно при обучении организма для выполнения конкретной задачи ключевую роль играют поощрение и наказание. Но такой метод не подходит для клеточных культур, поскольку у них нет дофаминовой системы, которая бы их мотивировала. Вместо этого исследователи воспользовались так называемым принципом свободной энергии.
Согласно этой концепции, клетки такого уровня будут всегда пытаться свести к минимуму непредсказуемость окружающей среды. Так, например, если клетки мозга не смогли попасть ракеткой по шарику, система подавала в течение четырех секунд продолжительный сингал, а при каждом удачном попадании они получали короткий сигнал, после чего игра продолжалась. Таким образом, DishBrain научился играть в эту игру в течение пяти минут.
"Прекрасный и новаторский аспект этой работы заключается в том, чтобы наделить нейроны ощущениями - обратной связью - и, что очень важно, способностью действовать в соответствии со своим миром", - отметил профессор Карл Фристон, автор статьи. "Примечательно, что культуры научились изменять свой мир, воздействуя на него. Это удивительно, потому что научить такой самоорганизации невозможно; просто потому, что, в отличие от домашних животных, эти мини-мозги понятия не имеют о вознаграждении и наказании".
Этот эксперимент может показаться немного жутковатым и сомнительным с этической точки зрения, но другие ученые объясняют, что это не тот вид интеллекта, о плохом обращении с которым стоит беспокоиться.
"Не стоит так нервничать несмотря на то, что эти нейроны могут менять свои реакции в зависимости от стимуляции, они не являются интеллектом в тарелке в жанре научной фантастики, это простые (хотя и очень интересные и важные с научной точки зрения) ответные реакции", - говорит профессор Тара Спайрс-Джонс, руководитель программы Исследовательского института деменции Великобритании.
По словам исследователей, новая работа позволит улучшить наше понимание работы человеческого мозга благодаря использованию более точной модели, чем компьютерные симуляции. В будущем эксперты намерены изучить как на нейроны влияют наркотики и алкоголь, в том числе, влияют ли они на способность клеток играть в пинг-понг.
Результаты данного эксперимента были представлены в издании Neuron.
Источники: Monash University, Scimex, journal Neuron.
1. (https://www.monash.edu/news/articles)
2. (https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(22)00806-6)