Ludzki mózg, stanowi dla badaczy większą tajemnicę niż wszechświat. Nie wiemy jak w detalach przebiega proces uczenia się czy zapamiętywania. Nie wiemy dlaczego tkanka nerwowa się nie regeneruje. I co szczególnie ważne nie wiemy jak leczyć wiele chorób związanych z naszą pamięcią.

Mózg w mechanicznym ciele

Badacze z brytyjskiego University of Reading wybudowali robota, którego głównym zajęciem jest… jeżdżenie od ściany do ściany. Jest mały, wolny i prawie nic nie potrafi. Zamiast kamery ma zwykły sonar, a duże koła poruszają się mało precyzyjnie. Jest jednak szczególny. Jego mózgiem nie jest elektroniczny procesor, tylko żywe komórki nerwowe szczura. Ten robot ma żywy mózg ! To on najpierw się uczy, a po chwili sam decyduje gdzie robot ma jechać.

Kevin-foto Mózgiem robota jest 300 tyś komórek pobranych z kory mózgowej szczura. Naukowcy chemicznie pozbawili neurony połączeń międzykomórkowych (zabili ich pamięć ?) a następnie umieścili w specjalnym, wypełnionym pożywką i antybiotykami pojemniku. Stworzyli im warunki w których mogły samodzielnie żyć. W dno tego pojemnika zatopionych było 60 przewodów elektrycznych a ich zakończenia, elektrody, były wyprowadzone do środka pojemnika. To właśnie tymi elektrodami wędrowały impulsy elektryczne, np. wtedy gry robot zderzył się ze ścianą. Tymi samymi kanałami wędrowała informacja z sonarów. Gdy urządzenie zbliżało się do ściany, na elektrodach pojawiało się odpowiednie napięcie elektryczne. Gdy robot zderzał się ze ścianą, do komórek wędrował inny sygnał elektryczny a odpowiedni system nakazywał kręcić się kołom robota w innym kierunku.

Komórki uczą się

Po kilku próbach okazało się, że żywe komórki coraz rzadziej pozwalałby zderzać się ze ścianą. Nauczyły się, że sygnał „przed nami ściana” oznacza, że za chwilę dojdzie do kolizji. Żeby do tego nie dopuścić, tymi samymi elektrodami sygnał elektryczny wędrował w drugim kierunku. Szczurzy mózg w ciele robota nakazywał kołom skręt i do zderzenia ze ścianą nie dochodziło. Żywe komórki zaczęły kontrolować maszynę.

Gordons-neuronsPo jakimś czasie robot unikał nawet 90 proc. wszystkich kolizji. Ale nie o kontrolę, albo nie tylko o kontrolę chodzi. Naukowcom szczególnie zależy na tym, żeby na gorącym uczynku złapać proces uczenia się. Komórki nerwowe w specjalnym odżywczym odczynniku zaczęły rekonstruować połączenia pomiędzy sobą. Zaczęły do siebie wysyłać sygnały elektryczne. Naukowcy przeprowadzający to doświadczenie mówili, że wyglądało to trochę tak jak gdyby pojedyncze neurony szukały siebie nawzajem, a równocześnie komunikowały gdzie same się znajdują. Tak jak gdyby same były żywym organizmem. – Wydaje się, że komórki mózgu mogą ponownie się organizować w każdych warunkach, które nie są dla nich zabójcze – powiedział Steve Potter z Georgia Institute of Technology w Atlancie, USA. Każdy sygnał elektryczny jaki pochodził od komórek nerwowych, przez elektrody dostawał się do komputera i tam był rejestrowany. Szczurzy mózg, choć kierował robotem, nie przestawał być żywą tkanką. Potrzebował energii (stąd żel odżywczy w pojemniku z komórkami) oraz antybakteryjnej tarczy (stąd w żelu antybiotyki). To jednak nie wystarcza. Żywe komórki muszą mieć zapewnioną odpowiednią temperaturę. Dlatego też w czasie dłuższych prób szczurze komórki mózgowe wcale nie były fizycznie w robocie. Krążek z elektrodami i komórkami był podłączony do urządzenia, które sygnały elektryczne „tłumaczyło” na fale radiowe. Innymi słowy mózg robota był w inkubatorze w którym utrzymywana była optymalna temperatura, a robot sygnały o tym jak ma się poruszać dostawał za pośrednictwem fal radiowych (wykorzystano technologię Bluetooth). Odpowiednie urządzenie pozwalało na dwustronny kontakt pomiędzy jeżdżącym robotem i „jego” mózgiem w inkubatorze.

Czy to komuś pomoże ?

Mózg poza urządzeniem…brzmi abstrakcyjnie. Choć z drugiej strony dzisiejsze komputery także często korzystają z mocy obliczeniowej, która znajduje się poza ich „ciałem”. Coraz częściej to w chmurze trzymamy dane a nawet całe programy.

– To co w tych badaniach najciekawsze, to znalezienie odpowiedzi na pytanie jak aktywność pojedynczych neuronów przekłada się na złożone zachowania całych organizmów – powiedział dr Ben Whalley, jeden z naukowców biorących udział w badaniach. – Ten eksperyment pozwala na wgląd w ten proces na poziomie pojedynczych komórek. To pozwoli nam na sformułowanie odpowiedzi na pytania fundamentalne – dodaje. Naukowcom udało się nauczyć żywe komórki kontroli nad prostym robotem. Ale to nie oznacza końca eksperymentu. Kolejnym krokiem będzie uszkodzenie połączeń pomiędzy wyuczonymi już komórkami mózgu w taki sposób w jaki upośledzone są połączenia u osób cierpiących na chorobę Alzheimera czy Parkinsona. Jak teraz będzie wyglądał proces uczenia się ? Czy robot z mózgiem który „cierpi” na chorobę Alzheimera będzie także się uczył ? Czy powstaną nowe połączenia ? Jeżeli nie, co zrobić żeby powstawały ?

Choć badacze zaangażowani w projekt uważają, że ich praca będzie krokiem milowym w rozumieniu wielu procesów które dzieją się w mózgu, nie brakuje i takich, którzy studzą emocje. – To zaledwie model. To nie badania mózgu, tylko jego małego wycinka w sztucznym otoczeniu. Oczywiście wyniki badań mogą nas wiele nauczyć, ale mogą też zmylić nas na przyszłość. Przecież nie wiemy czy to co zaobserwujemy w laboratorium wystąpiłoby w rzeczywistości – powiedział Steve Potter z Georgia Institute of Technology. – Trzeba być bardzo ostrożnym w wyciąganiu daleko idących wniosków – dodaje. Autorzy badań zgadzają się z tym podejściem, ale podkreślają, że… – nawet jeżeli przeprowadzane przez nas eksperymenty tylko w 1 proc. pogłębią naszą wiedzę o chorobach takich jak Alzheimer, będzie to świadczyło o tym, że warto je było przeprowadzić – powiedział profesor Kevin Warwick z School of Systems Engineering. Co do tego nie ma jednak chyba żadnej wątpliwości.

 

Tekst ukazał się w Tygodniku Gość Niedzielny.