Австралийские исследователи научили скопления клеток мозга в лабораторной посуде играть в Pong — простой симулятор настольного тенниса.
Это первый раз, когда такие клетки продемонстрировали способность выполнять целенаправленные задачи. Это открывает совершенно новые горизонты для исследования и понимания человеческого мозга.
Учёные назвали своё детище DishBrain ("Мозг в чашке"), что более или менее точно соответствует действительности. Это 800 тысяч нейронов человека и мыши, выращенные в чашке Петри и закреплённые на массивах микроэлектродов, которые считывают активность клеток и стимулируют их с помощью электрических сигналов.
Ранее такие установки уже использовались для изучения развития мозга и неврологических заболеваний. Но теперь выращенный в лаборатории мозг впервые научили выполнять конкретную задачу.
Команда воссоздала условия легендарной аркадной игры Pong, используя микроэлектроды и помещённые на них клетки.
Сами нейроны служили ракетками, которые должны были вовремя отбивать виртуальный мяч. Электроды по обе стороны от DishBrain подавали сигналы, чтобы указывать текущее местоположение мяча. Частота сигналов увеличивалась или уменьшалась, информируя "игроков" о расстоянии от мяча до ракетки. Нейроны должны были посылать свои собственные сигналы, чтобы двигать виртуальную ракетку и ударять по мячу.
По вполне понятным причинам, обучение DishBrain было непростым. Обычно ключевыми факторами в процессе обучения являются поощрение и наказание. Но это неприменимо к созданным учёными клеточным культурам, ведь у них нет дофаминовой системы вознаграждения, которая стимулировала бы запоминание правил.
Вместо этого исследователи воспользовались так называемым принципом свободной энергии.
Авторы объясняют этот принцип так: клетки всегда стремятся свести к минимуму непредсказуемость окружающей их среды. Поэтому, если клеткам мозга не удавалось ударить ракеткой по мячу, система выдавала непредсказуемый стимул в течение четырёх секунд, но при каждом успешном попадании нейроны получали короткий предсказуемый сигнал, прежде чем могли продолжить игру. Используя такой метод, исследователи смогли научить DishBrain играть в игру всего за пять минут.
"Примечательно, что культуры научились делать свой мир более предсказуемым, воздействуя на него. Это замечательно, потому что такой самоорганизации нельзя научить. Просто потому, что, в отличие от домашних животных, у этих мини-мозгов нет ощущения награды и наказания", — объясняет соавтор исследования Карл Фристон из Университетского колледжа в Лондоне.
Исследователи говорят, что новая работа должна помочь улучшить наше понимание человеческого мозга. Такая система покажет болет точные результаты, чем компьютерная модель мозга.
В дальнейшем авторы работы планируют изучить влияние наркотиков и алкоголя на нейроны, в том числе на то, ухудшают ли опьяняющие вещества способность клеток играть в игру.
Исследование было опубликовано в научном журнале Neuron.
Ранее мы рассказывали о том, зачем учёные пересадили крысам часть человеческого мозга.
Больше удивительных новостей из мира науки и медицины вы найдёте в разделах "Наука" и "Медицина" на медиаплатформе "Смотрим".
