Ученые вырастили в лаборатории несколько образцов тканей головного мозга, которые показали удивительный результат. Они доказали, что живые нейронные цепи можно направлять к решению классической задачи управления с помощью тщательно структурированной обратной связи, сообщает Science Alert.

В замкнутой системе, обеспечивающей электрическую обратную связь на основе производительности, органоиды постоянно улучшали управление классическим инженерным эталоном: балансировкой неустойчивого виртуального полюса. Эти улучшения нельзя было сравнить с биокомпьютером, но они показали, что ткань в чашке Петри можно настроить с помощью структурированной обратной связи. Это может помочь ученым изучить, как неврологические заболевания изменяют способность мозга к пластичности.

[see_also ids="670625"]

«Мы пытаемся понять фундаментальные принципы того, как нейроны могут быть адаптивно настроены для решения проблем. Если мы сможем выяснить, что движет этим в чашке Петри, это даст нам новые способы изучения того, как неврологические заболевания могут влиять на способность мозга к обучению», — говорит Эш Роббинс, исследователь в области робототехники и искусственного интеллекта из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.

Задача о тележке и шесте концептуально проста. Представьте, что вы удерживаете длинный предмет, например, линейку или ручку, вертикально на открытой ладони. Если он не идеально выровнен, он начнет опрокидываться. Чтобы он оставался в вертикальном положении, вам приходится постоянно корректировать положение руки, поскольку предмет колеблется и раскачивается.

В версии задачи о тележке и шесте виртуальная тележка может двигаться влево или вправо, чтобы удерживать шарнирный шест в вертикальном равновесии. Правила просты, и есть четкая точка отказа, когда шест опрокидывается слишком сильно. Но небольшие ошибки быстро накапливаются, что делает эту задачу классическим примером неустойчивой задачи управления.

Задача о тележке и шесте часто используется в исследованиях обучения с подкреплением: ее легко моделировать и быстро запускать, но, в отличие от задач распознавания образов, она требует постоянных, точных корректировок, а не одного правильного ответа.

В новом исследовании ученые использовали задачу о тележке и шесте для проверки возможностей органоидов мозга. Их вырастили не из человеческих тканей, а из стволовых клеток мыши, которые культивировали таким образом, чтобы они образовывали небольшие скопления кортикальной ткани, способные передавать нейронные сигналы. Они не были достаточно сложными, чтобы в них развилось мышление или разум, но они могли посылать и принимать электрические сигналы, а их внутренние связи могли изменяться в ответ на внешнюю стимуляцию.

Эксперимент проводился с использованием виртуальной тележки-шеста. Различные схемы электрической стимуляции сигнализировали о направлении и степени наклона шеста. Реакции органоидов затем интерпретировались как силы, направленные влево или вправо, для перемещения тележки и противодействия колебаниям.

Важно принимать во внимание, что органоиды не понимали сути задачи. Исследователи проверяли, можно ли регулировать нейронные связи ткани посредством обратной связи — то есть, могут ли импульсы электрической стимуляции вызывать изменения, которые подталкивали бы сеть к лучшему управлению.

Ранее ученые из Северо-Западного университета в лаборатории вырастили крошечные органоиды человеческого спинного мозга. После этого исследователи повредили орган и провели лечение, которое помогло тканям восстановиться. Это важный шаг на пути лечения травм спинного мозга, которые вызывают паралич.