Ученые Калифорнийского университета (США) вырастили органоиды головного мозга из стволовых клеток мыши и научили их выполнять задачу на удержание баланса.
Как отмечают исследователи, эта модель была недостаточно сложной для того, чтобы обладать чем-то, хотя бы отдаленно напоминающим мышление или сознание. Но она могла посылать и принимать электрические сигналы, а ее внутренние связи менялись в ответ на внешнюю стимуляцию.
Ученые решили выяснить, справятся ли простейшие органоиды с задачей на баланс. Виртуальная тележка могла двигаться влево или вправо, удерживая балансир в вертикальном положении. Искусственный мозг должен был двигать ее, удерживая равновесие.
Эксперимент проводился с использованием виртуального карданного вала. Различные схемы электростимуляции сигнализировали о направлении и степени его наклона. Реакция органоидов интерпретировалась как движение влево или вправо, направленное на то, чтобы выровнять объект.
Каждая попытка удержать вал в равновесии продолжалась до тех пор, пока он не отклонялся от заданного угла. Эффективность оценивалась по пяти последовательным эпизодам. Органоиды были распределены по трем группам: без обратной связи, со случайной обратной связью для выбранных нейронов и с адаптивной обратной связью на основе предыдущих результатов.
Чтобы понять, действительно ли органоиды совершенствуются с каждым эпизодом, исследователи установили контрольный показатель, основанный на том, насколько хорошо мог бы работать полностью случайный контроллер. Если органоид демонстрировал во время сеанса наилучшие результаты, которые были бы невозможны при случайном выборе, этот сеанс считался успешным.
Показатели эффективности, достигнутые в каждом из условий, были поразительными. Органоиды, не получавшие обратной связи, достигали высокого уровня эффективности в 2,3% случаев, а те, что получали случайную обратную связь, — в 4,4% случаев. Однако при непрерывной адаптивной обратной связи органоиды преодолевали порог эффективности в 46% случаев. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Reports.
Как отмечают авторы работы, это усовершенствование еще далеко от создания функционирующего гибридного биокомпьютера. Но в качестве экспериментального подтверждения концепции оно показывает, что нейронную ткань в пробирке можно адаптивно настраивать с помощью структурированной обратной связи. Этот результат может помочь исследователям понять, как неврологические заболевания влияют на способность мозга к пластичности.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физиологи вырастили спинной мозг в пробирке для проверки терапии.
