Науковці з лабораторії успішно вирішили елементарну інженерну задачу.

Органоїди змогли утримувати нестійкий вертикальний полюс.

Дослідники в лабораторії виростили кілька зразків тканин головного мозку, які продемонстрували вражаючі результати. Вони підтвердили, що живі нейронні мережі можуть бути спрямовані 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 науковцям дослідити, як неврологічні захворювання впливають на здатність мозку до пластичності.

“Ми прагнемо зрозуміти основні принципи того, як нейрони можуть бути адаптивно налаштовані для розв’язання проблем. Якщо нам вдасться з’ясувати, що стоїть за 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 ідеально вирівняний, він почне падати. Щоб він залишався у вертикальному положенні, вам доводиться 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 науковці використовували завдання про візок і жердину для перевірки можливостей органоїдів мозку. Їх виростили не з людських тканин, а зі стовбурових клітин миші, які культивували так, 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 зовнішню стимуляцію.

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 можна 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 науковці з Північно-Західного університету в лабораторії виростили крихітні органели людського спинного мозку. Після цього дослідники пошкодили орган і провели лікування, яке допомогло тканинам відновитися. Це важливий крок на шляху до лікування травм спинного мозку, які викликають параліч.