Βίντεο: Ανθρώπινοι νευρώνες που καλλιεργήθηκαν στο εργαστήριο έμαθαν να παίζουν τένις

Ένα πιατάκι με περίπου 800.000 νευρώνες, λιγότερους από τα κύτταρα στον εγκέφαλο μιας κατσαρίδας, έμαθε να παίζει το ρετρό βιντεοπαιχνίδι Pong, ένα επίτευγμα που σύμφωνα με τους ερευνητές θα βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς προκύπτει η νοημοσύνη.

Διεθνής ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε ως πρώτη ύλη βλαστοκύτταρα ανθρώπου και ποντικού για να δημιουργήσει ώριμους νευρώνες, οι οποίοι στη συνέχεια καλλιεργήθηκαν σε μια επιφάνεια με πυρίτιο. Ηλεκτρόδια που είχαν ενσωματωθεί στο υπόστρωμα κατέγραφαν την δραστηριότητα των κυττάρων και παράλληλα τους έστελναν ηλεκτρικά ερεθίσματα.

Το σύστημα που παρουσιάζεται στην έγκριτη επιθεώρηση Neuron ονομάστηκε DishBrain, ή «εγκέφαλος στο πιάτο».

Σε μια προσπάθεια να μελετήσουν την ικανότητα των κυττάρων να μαθαίνουν με βάση τα ερεθίσματα του περιβάλλοντος, η κυτταρική καλλιέργεια συνδέθηκε σε έναν υπολογιστή που έτρεχε το απλό αλλά θρυλικό βιντεοπαιχνίδι.

Για να μπορέσουν τα κύτταρα να πειραματιστούν με το τένις, ο υπολογιστής τους έστελνε σήματα που έδειχναν πού βρισκόταν το μπαλάκι. Ταυτόχρονα, κατέγραφε την ηλεκτρική δραστηριότητα των κυττάρων και κινούσε την ρακέτα ανάλογα.

Στην αρχή, οι νευρώνες δεν μπορούσαν να ερμηνεύσουν τα σήματα που λάμβαναν από τον υπολογιστή, ούτε γνώριζαν με ποια σήματα έπρεπε να αντιδράσουν. Δεν είχαν εξάλλου κανένα κίνητρο να παίξουν το παιχνίδι.

Για να αρχίσουν τα κύτταρα να παίζουν, οι ερευνητές τα εκπαίδευσαν μέσω της ηλεκτρικής διέγερσης: όταν τα κύτταρα αστοχούσαν, δέχονταν χαοτικά σήματα λευκού θορύβου, ενώ όταν πετύχαιναν τη μπάλα διεγείρονταν με μια συγχρονισμένη ριπή ηλεκτρικών ερεθισμάτων.

«Όποτε πετύχαιναν τη μπάλα, τους δίναμε κάτι προβλέψιμο. Όταν έχαναν έπαιρναν κάτι εντελώς απρόβλεπτο» δήλωσε ο Μπρετ Κίγκαν της εταιρείας βιοτεχνολογίας Cortical Labs στη Μελβούρνη, μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Η στρατηγική αυτή βασίζεται στη λεγόμενη αρχή της ελεύθερης ενέργειας, σύμφωνα με την οποία τα κύτταρα του εγκεφάλου προσπαθούν να προβλέπουν τι συμβαίνει στο περιβάλλον, γι’ αυτό και προτιμούν τα προβλέψιμα ερεθίσματα από τα απρόβλεπτα.

Η προσέγγιση αυτή τελικά δούλεψε, αφού τα κύτταρα σταδιακά έμαθαν να παράγουν σήματα ώστε να αποκρούουν τη μπάλα με τη ρακέτα.

Η αλήθεια είναι ότι η καλλιέργεια κυττάρων δεν κατάφερε να γίνει εξπέρ στο τένις. Ωστόσο μια ενδιαφέρουσα διαπίστωση ήταν ότι οι ανθρώπινοι νευρώνες ήταν ελαφρώς καλύτεροι στο τένις σε σχέση με τους νευρώνες ποντικού.

Οι επιδόσεις του DishBrain ήταν πάντως εντυπωσιακές αν σκεφτεί κανείς ότι ακόμα και μια κατσαρίδα διαθέτει περισσότερους νευρώνες.

«Αν έβλεπες μια κατσαρίδα να παίζει Pong και αποκρούει τη μπάλα δύο φορές συχνότερα από ό,τι χάνει θα εντυπωσιαζόσουν» σχολίασε ο Κίγκαν.

«Δείξαμε ότι μπορούμε να αλληλεπιδρούμε με ζωντανούς βιολογικούς νευρώνες με τρόπο που τους αναγκάζει να τροποποιήσουν την δραστηριότητά τους και να σχηματίσουν κάτι που μοιάζει με τη νοημοσύνη».

Τα ευρήματα, λέει η ομάδα, θα μπορούσαν δυνητικά να αξιοποιηθούν στη μοντελοποίηση ασθενειών, την ανάπτυξη φαρμάκων και τη μελέτη του εγκεφάλου και της νοημοσύνης.

Στο μεταξύ, οι ερευνητές συνεχίζουν τα πειράματα για να διαπιστώσουν μεταξύ άλλων πώς οι νευρώνες επηρεάζονται από το αλκοόλ.

«Βασικά προσπαθούμε να τα μεθύσουμε για δούμε αν θα παίζουν χειρότερα όπως οι μεθυσμένοι άνθρωποι» είπε ο Κίγκαν.