Дослідники в лабораторних умовах створили мозкові структури та навчили їх розв'язувати інженерні завдання.

Органоїди змогли стабілізувати нестабільний вертикальний полюс.

Дослідники в лабораторних умовах створили кілька зразків мозкової тканини, які продемонстрували вражаючі результати. Вони встановили, що живі нейронні мережі можна направляти на вирішення класичних завдань управління, використовуючи продуманий зворотний зв'язок, повідомляє Science Alert.

У закритій системі, що забезпечує електричний зворотний зв'язок на основі продуктивності, органели постійно вдосконалювали управління класичним інженерним стандартом: балансуванням нестабільного віртуального полюса. Ці вдосконалення не можна було зіставити з біокомп'ютерами, проте вони продемонстрували можливість налаштування тканини в чашці Петрі за допомогою структурованого зворотного зв'язку. Це може сприяти вченим у дослідженні того, як неврологічні захворювання впливають на здатність мозку до пластичності.

"Ми прагнемо проаналізувати основні принципи адаптивної настройки нейронів для розв'язання різноманітних задач. Якщо нам вдасться розкрити механізми, що діють у чашці Петрі, це відкриє нові горизонти для дослідження впливу неврологічних захворювань на навчальні можливості мозку," — зазначає Еш Роббінс, учений у сфері робототехніки та штучного інтелекту з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі.

Завдання, що стосується візка і жердини, має просту концепцію. Уявіть, що ви тримаєте довгий об'єкт, наприклад, лінійку чи ручку, вертикально на відкритій долоні. Якщо цей предмет не буде точно вирівняний, він почне падати. Щоб підтримувати його у вертикальному стані, вам доведеться постійно підлаштовувати положення руки, оскільки об'єкт буде коливатися та хитатися.

У версії задачі про візок і жердину віртуальний візок може рухатися вліво або вправо, щоб утримувати шарнірну жердину у вертикальній рівновазі. Правила прості, і є чітка точка відмови, коли жердина перекидається занадто сильно. Але невеликі помилки швидко накопичуються, що робить цю задачу класичним прикладом нестійкої задачі управління.

Завдання з візком і жердиною часто слугує основою для досліджень у галузі навчання з підкріпленням. Його легко створити та швидко протестувати, але, на відміну від завдань, пов'язаних із розпізнаванням образів, воно вимагає безперервних і точних коригувань, а не просто однієї правильної відповіді.

У новому дослідженні вчені використовували завдання про візок і жердину для перевірки можливостей органоїдів мозку. Їх виростили не з людських тканин, а зі стовбурових клітин миші, які культивували таким чином, щоб вони утворювали невеликі скупчення кортикальної тканини, здатні передавати нейронні сигнали. Вони не були достатньо складними, щоб у них розвинулося мислення або розум, але вони могли посилати і приймати електричні сигнали, а їхні внутрішні зв'язки могли змінюватися у відповідь на зовнішню стимуляцію.

Експеримент здійснили за допомогою віртуального візка-шеста. Різноманітні схеми електричної стимуляції вказували на напрямок і величину нахилу жердини. Реакції органоїдів потім трактувалися як сили, що спрямовані вліво або вправо, для управління переміщенням візка та компенсації коливань.

Слід зазначити, що органоїди не усвідомлювали суть поставленої задачі. Науковці вивчали можливість регулювання нейронних зв’язків у тканині за допомогою зворотного зв'язку, тобто досліджували, чи здатні електричні імпульси, що стимулюють, спричиняти зміни, які б покращували функціонування мережі.

Вчені з Північно-Західного університету здійснили вражаючий експеримент, виростивши мініатюрні органели людського спинного мозку в лабораторних умовах. Після цього команда дослідників завдала пошкодження цим органелам і застосувала лікувальні процедури, які сприяли відновленню тканин. Це стало значним досягненням у напрямку розробки методів лікування травм спинного мозку, що можуть призводити до паралічу.