Дослідники в лабораторії створили кілька зразків тканин головного мозку, які продемонстрували вражаючий результат. Вони підтвердили, що живі нейронні мережі можуть бути направлені на розв’язання класичної задачі управління за допомогою ретельно організованого зворотного зв’язку, повідомляє Science Alert.
У замкнутій системі, що забезпечує електричний зворотний зв’язок на основі продуктивності, органоїди постійно вдосконалювали управління класичним інженерним еталоном: балансуванням нестійкого віртуального полюса. Ці покращення не можна було порівняти з біокомп’ютером, але вони продемонстрували, що тканину в чашці Петрі можна налаштувати за допомогою структурованого зворотного зв’язку. Це може допомогти вченим дослідити, як неврологічні захворювання впливають на здатність мозку до пластичності.
“Ми прагнемо зрозуміти основні принципи того, як нейрони можуть бути адаптивно налаштовані для вирішення завдань. Якщо нам вдасться з’ясувати, що рухає цим у чашці Петрі, це відкриє нові можливості для вивчення того, як неврологічні захворювання можуть впливати на здатність мозку до навчання”, — зазначає Еш Роббінс, дослідник у сфері робототехніки та штучного інтелекту з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі.
Завдання про візок і жердину є концептуально простим. Уявіть, що ви тримаєте довгий предмет, наприклад, лінійку або ручку, вертикально на відкритій долоні. Якщо він не зовсім вирівняний, він почне падати. Щоб він залишався у вертикальному положенні, вам потрібно постійно коригувати положення руки, оскільки предмет коливається і розгойдується.
У версії задачі про візок і жердину віртуальний візок може переміщатися вліво або вправо, щоб утримувати жердину у вертикальному балансі. Правила прості, і є чітка точка відмови, коли жердина перекидається занадто сильно. Але незначні помилки швидко накопичуються, що робить цю задачу класичним прикладом нестійкої задачі управління.
Завдання про візок і жердину часто використовується в дослідженнях навчання з підкріпленням: його легко моделювати і швидко запускати, але, на відміну від завдань розпізнавання образів, воно вимагає постійних, точних коригувань, а не однієї правильної відповіді.
У новому дослідженні вчені застосували завдання про візок і жердину для перевірки можливостей органоїдів мозку. Їх виростили не з людських тканин, а зі стовбурових клітин миші, які культивували таким чином, щоб вони формували невеликі скупчення кортикальної тканини, здатні передавати нейронні сигнали. Вони не були достатньо складними, щоб у них розвинулося мислення або свідомість, але могли посилати і приймати електричні сигнали, а їхні внутрішні зв’язки могли змінюватися у відповідь на зовнішні стимули.
Експеримент проводили з використанням віртуального візка-шеста. Різні схеми електричної стимуляції сигналізували про напрямок і ступінь нахилу жердини. Реакції органоїдів потім інтерпретували як сили, спрямовані вліво або вправо, для переміщення візка і протидії коливанням.
Важливо зазначити, що органоїди не усвідомлювали суті завдання. Дослідники перевіряли, чи можливо регулювати нейронні зв’язки тканини за допомогою зворотного зв’язку — тобто, чи можуть імпульси електричної стимуляції викликати зміни, які підштовхували б мережу до кращого управління.
Раніше вчені з Північно-Західного університету в лабораторії виростили мікроскопічні органели людського спинного мозку. Після цього дослідники пошкодили орган і провели лікування, яке сприяло відновленню тканин. Це важливий крок у напрямку лікування травм спинного мозку, які призводять до паралічу.