Laboratorijski organoidi mozga razvijeni iz pluripotentnih matičnih ćelija pokazali su sposobnost učenja kroz ciljane električne povratne informacije. UCSC tim je u Cell Reports opisao kako su organoidi naučeni da rešavaju "cart-pole" zadatak, podižući stopu uspeha sa 4,5% na 46%. Rezultati ukazuju da kortikalno tkivo poseduje urođenu sposobnost adaptivnog računanja, što ima implikacije za neurobiologiju, modelovanje bolesti i etičke rasprave.
Mini-mozgovi iz laboratorije uče da rešavaju zadatke — organoidi postigli 46% uspeha u 'cart-pole' testu
Illustration by Tag Hartman-Simkins / Futurism. Source: Getty Images
Laboratorijski organoidi mozga, napravljeni od pluripotentnih matičnih ćelija, pokazali su da mogu da obrađuju informacije i uče u realnom vremenu: istraživači sa Univerziteta Kalifornija, Santa Cruz (UCSC) uspeli su da „istreniraju" mini-mozgove da reše poznati inženjerski izazov nazvan cart-pole, povećavši stopu uspeha sa 4,5% na 46%.
Kratka istorija: Još 1907. godine američki biolog Henry Van Peters Wilson je pokazao da se sunđeri mogu ponovo formirati iz razdvojenih ćelija, što je prvi pokazatelj da ćelije nose instrukcije za izgradnju složenih višestaničnih struktura. Decenijama kasnije, naučnici su izolovali pluripotentne matične ćelije — prvo iz mišjih embriona 1981. godine, a zatim i iz ljudskih embriona 1998. godine — što je otvorilo put stvaranju tridimenzionalnih organoida.
Prvi mozdani organoid prikazan je 2013. godine u radu koji je vodila Madeline Lancaster: mala trodimenzionalna kultura ćelija koja oponaša arhitekturu ljudskog korteksa. Takvi "mini-mozgovi" sadrže prave neurone i koriste se za proučavanje razvoja mozga, modelovanje neuroloških bolesti i testiranje lekova, uz intenzivne etičke debate.
U najnovijem istraživanju objavljenom u časopisu Cell Reports, tim sa UCSC je povezao električne signale sa organoidima i koristio algoritam pojačanog učenja (reinforcement learning) kao "trenera". Sistem vraća ciljane povratne električne impulse u zavisnosti od ponašanja organoida u simulisanom zadatku balansiranja (cart-pole), što je dovelo do značajnog poboljšanja performansi.
"Možete to zamisliti kao veštačkog trenera koji kaže: 'Radiš pogrešno, pomeri se ovako'," rekao je Ash Robbins, vodeći autor studije.
Iako organoidi nemaju telo, senzore ili neurohemijske sisteme koje imaju kompletniji organizmi (npr. dopaminergiju ili unutrašnje uho), istraživači ističu da su i vrlo minimalističke neuralne mreže bile dovoljno plastične i strukturisane da se usmere prema rešavanju stvarnog kontrolnog problema.
"Ovo su izuzetno minimalistički nervni krugovi. Nema dopamina, nema senzornog iskustva, nema tela koje bi održavalo funkciju... Ipak, tkivo je dovoljno plastično i strukturisano da može da uči adaptivno", rekao je Keith Hengen, vanredni profesor biologije na Washington University in St. Louis.
Zašto je to važno? Rezultati sugerišu da sposobnost adaptivnog računanja može biti urođena osobina kortikalnog tkiva, nezavisna od pune telesne i senzorne podrške. To utiče na razumevanje ranog razvoja mozga, mehanizama učenja i moguće primene u modelovanju bolesti i testiranju terapija. Istovremeno, istraživanje podstiče i dalju raspravu o etičkim granicama rada sa organoidima koji pokazuju složenije funkcije.
Dalji koraci: Istraživači planiraju da prodube razumevanje mehanizama učenja u organoidima, unaprede metode stimulacije i nadzora, i raspravljaju o etičkim okvirima za rad sa tkivom koje pokazuje sve sofisticiranije funkcije.
Pomozite nam da budemo bolji.
