Tim istraživača sa Sveučilišta u Santa Cruzu uzgojio je iz matičnih stanica miševa male strukture moždanog tkiva, poznate kao organoidi. Riječ je o sitnim nakupinama neurona koje mogu slati i primati električne signale, ali su daleko jednostavnije od pravog mozga.

Znanstvenici su ih potom povezali s računalnim sustavom i testirali mogu li takve neuronske mreže naučiti upravljati tzv. “cartpole problemom”, klasičnim zadatkom u robotici i umjetnoj inteligenciji.

Jednostavan zadatak

Zadatak je jednostavan za razumjeti. Potrebno je pomicanjem virtualnih kolica lijevo ili desno održavati dugačak štap u ravnoteži. Iako koncept izgleda jednostavno, male pogreške brzo se gomilaju pa sustav mora stalno reagirati kako bi spriječio pad štapa.

Organoidi su tijekom eksperimenta dobivali električne impulse koji su predstavljali informaciju o tome u kojem se smjeru štap naginje. Njihova neuronska aktivnost potom se prevodila u naredbe koje pomiču kolica lijevo ili desno. Ključni dio sustava bio je tzv. adaptivni feedback. Ako se performanse pogoršaju, sustav šalje kratke električne stimulacije određenim neuronima kako bi potaknuo mrežu da promijeni način reagiranja.

Neuronske mreže

Prema riječima istraživača Asha Robbinsa, cilj nije bio stvoriti biološko računalo, već razumjeti kako neuronske mreže uče.

“Ako shvatimo kako se neuroni mogu prilagoditi i rješavati probleme u laboratoriju, to nam može pomoći da bolje razumijemo kako bolesti utječu na sposobnost učenja mozga”, objasnio je Robbins.

Rezultati su pokazali da su organoidi s adaptivnim povratnim informacijama postizali značajno bolje rezultate od onih bez takvog sustava.

Iako su organoidi pokazali sposobnost prilagodbe, znanstvenici naglašavaju da je riječ o vrlo ograničenom obliku učenja. Primjerice, nakon samo 45 minuta bez stimulacije, organoidi su “zaboravili” prethodnu obuku i vratili se na početnu razinu performansi.

To pokazuje da se radi o kratkoročnoj promjeni neuronske aktivnosti, a ne o dugotrajnom pamćenju kakvo postoji u ljudskom mozgu.

Znanstvenici ističu da njihov cilj nije zamijeniti računala biološkim tkivom. Umjesto toga, tehnologija bi mogla pomoći u proučavanju neuroloških poremećaja i razumijevanju načina na koji mozak uči.

Bioinformatičar David Haussler upozorava da bi razvoj složenijih sustava mogao otvoriti i etička pitanja, osobito kada bi se koristili organoidi dobiveni iz ljudskih stanica. Istraživanje je objavljeno u znanstvenom časopisu Cell Reports, a predstavlja još jedan korak prema razvoju bio-hibridnih računalnih sustava koji spajaju biologiju i tehnologiju.