Bir tabaktaki beyin hücrelerinin gerçek zamanlı olarak Pong oynamayı öğrenmesini izleyin

Melbourne liderliğindeki bir ekip, ilk kez bir tabakta yaşayan 800.000 beyin hücresinin hedefe yönelik görevleri yerine getirebileceğini gösterdi – bu durumda tenis benzeri basit bilgisayar oyunu Pong. Çalışmanın sonuçları bugün dergide yayınlandı. Nöron.

Şimdi DishBrain’leri ilaç ve alkolden etkilendiğinde ne olduğunu öğrenecekler.

Biyoteknoloji girişimi Cortical’ın Baş Bilimsel Sorumlusu olan baş yazar Dr. Brett Kagan, “Yaşayan biyolojik nöronlarla, aktivitelerini değiştirmeye zorlayacak ve zekaya benzer bir şeye yol açacak şekilde etkileşime girebileceğimizi gösterdik” diyor. Yeni nesil biyolojik bilgisayar çipleri oluşturmaya adanmış laboratuvarlar. Ortak yazarları Monash Üniversitesi, RMIT Üniversitesi, Londra Üniversitesi Koleji ve Kanada İleri Araştırma Enstitüsü ile bağlantılıdır.

Cortical Labs CEO’su Dr. Hon Weng Chong, “DishBrain, beynin nasıl çalıştığını test etmek ve epilepsi ve demans gibi güçten düşüren durumlar hakkında bilgi edinmek için daha basit bir yaklaşım sunuyor” diyor.

Bilim adamları bir süredir nöronları çoklu elektrot dizilerine monte edip aktivitelerini okuyabiliyor olsa da, bu, hücrelerin ilk kez yapılandırılmış ve anlamlı bir şekilde uyarılmasıdır.

Kagan, “Geçmişte, bilgisayar bilimcilerinin beynin nasıl çalışabileceğini düşündüklerine göre beyin modelleri geliştirildi” diyor. “Bu genellikle silikon hesaplama gibi mevcut bilgi teknolojisi anlayışımıza dayanır.

“Ama gerçekte beynin nasıl çalıştığını gerçekten anlamıyoruz.”

Bilim adamları, bu şekilde temel yapılardan yaşayan bir model beyin inşa ederek, bilgisayar gibi kusurlu analog modeller yerine gerçek beyin fonksiyonlarını kullanarak deney yapabilecekler.

Örneğin, Kagan ve ekibi, alkolün DishBrain’e tanıtıldığında ne gibi etkileri olduğunu görmek için bir sonraki deney yapacak.

Kagan, “Etanol ile bir doz yanıt eğrisi oluşturmaya çalışıyoruz – temel olarak onları ‘sarhoş’ hale getirin ve oyunu tıpkı insanlar içerken olduğu gibi daha kötü oynayıp oynamadıklarını görün” diyor.

Bu, potansiyel olarak beyinde neler olduğunu anlamanın tamamen yeni yollarına kapı açar.

“Hücre kültürlerine duyarlılık gösterdikleri bir görevi yerine getirmeyi öğretmeye yönelik bu yeni kapasite – raketi algılama yoluyla topu döndürmek için kontrol ederek – teknoloji, sağlık ve toplum için geniş kapsamlı sonuçlara sahip olacak yeni keşif olasılıkları açar.” Monash Üniversitesi Hesaplamalı ve Sistemler Nörobilim Laboratuvarı müdürü Dr. Adeel Razi diyor.

“Beynimizin, hayatta kalmak için yüz milyonlarca yıl boyunca ayarlanmanın evrimsel avantajına sahip olduğunu biliyoruz. Şimdi, bu inanılmaz derecede güçlü ve ucuz biyolojik zekayı nerede kullanabileceğimizi kavradık.”

Bulgular ayrıca, bu dinamik ortamlarda yeni ilaçların veya gen tedavilerinin nasıl tepki verdiğini araştırırken hayvan testlerine bir alternatif oluşturma olasılığını da artırıyor.

Kagan, “Hücrelerin davranışlarını nasıl değiştirdiğine bağlı olarak uyarıyı değiştirebileceğimizi ve bunu gerçek zamanlı olarak kapalı bir döngüde yapabileceğimizi de gösterdik” diyor.

Araştırma ekibi, deneyi gerçekleştirmek için embriyonik beyinlerden fare hücreleri ve kök hücrelerden elde edilen bazı insan beyin hücreleri aldı ve onları hem uyarabilen hem de aktivitelerini okuyabilen mikroelektrot dizilerinin üzerinde büyüttü.

Bir dizinin solundaki veya sağındaki elektrotlar, Dishbrain’e topun hangi tarafta olduğunu söylemek için ateşlendi, raketten uzaklık ise sinyallerin frekansıyla belirtildi. Elektrotlardan gelen geri bildirimler, DishBrain’e hücrelerin kendileri raketmiş gibi davranmasını sağlayarak topu nasıl geri döndüreceğini öğretti.

Kagan, “Hücrelerin sanal bir ortamda nasıl davrandığını daha önce hiç görmemiştik” diyor. “Hücrelerde neler olduğunu okuyabilen, onları anlamlı bilgilerle uyarabilen ve daha sonra hücreleri etkileşimli bir şekilde değiştirebilen, böylece birbirlerini gerçekten değiştirebilmeleri için kapalı döngü bir ortam oluşturmayı başardık.”

UCL, Londra’da teorik bir nörobilimci olan ortak yazar Profesör Karl Friston, “Bu çalışmanın güzel ve öncü yönü, nöronları duyularla – geri bildirimle – ve en önemlisi onların dünyaları üzerinde hareket etme yeteneğiyle donatmaya dayanıyor” diyor.

“Olağanüstü bir şekilde, kültürler ona göre hareket ederek dünyalarını nasıl daha öngörülebilir hale getireceklerini öğrendiler. Bu dikkate değer çünkü bu tür bir öz-örgütlenmeyi öğretemezsiniz; çünkü – bir evcil hayvanın aksine – bu mini beyinlerin ödül ve ceza duygusu yoktur, ” diyor.

“Bu çalışmanın çeviri potansiyeli gerçekten heyecan verici: bu, terapötik müdahaleleri test etmek için ‘dijital ikizler’ yaratma konusunda endişelenmemize gerek olmadığı anlamına geliyor. Şimdi, prensipte, etkileri test etmek için nihai biyomimetik ‘sandbox’a sahibiz. ilaçlar ve genetik varyantlar – beyninizde ve benim beynimde bulunan tam olarak aynı bilgi işlem (nöronal) öğelerinden oluşan bir sanal alan.”

Araştırma aynı zamanda Profesör Friston tarafından geliştirilen “serbest enerji ilkesini” de destekliyor.

“Hücrelere belirli bir yoldan gitme talimatını verirken bir zorlukla karşılaştık. Dopamin sistemlerine veya belirli gerçek zamanlı teşvikler sağlamak için kullanabileceğimiz başka hiçbir şeye doğrudan erişimimiz yok, bu yüzden gitmek zorunda kaldık. Profesör Friston’ın çalıştığı şeyden daha derin bir düzey: bilgi entropisi—sistemin fiziksel düzeyde çevresiyle etkileşim kurmak için kendi kendini nasıl düzenleyebileceği hakkında temel bir bilgi düzeyi.

“Serbest enerji ilkesi, bu seviyedeki hücrelerin çevrelerindeki öngörülemezliği en aza indirmeye çalışmasını önerir.”

Kagan, heyecan verici bir bulgunun DishBrain’in silikon tabanlı sistemler gibi davranmadığını söylüyor. “Bedensiz nöronlara yapılandırılmış bilgi sunduğumuzda, aktivitelerini, aslında dinamik bir sistem gibi davranmalarıyla çok tutarlı bir şekilde değiştirdiklerini gördük” diyor.

“Örneğin, nöronların deneyim sonucunda aktivitelerini değiştirme ve uyarlama yeteneği, hücrelerin öğrenme hızıyla birlikte gördüklerimizle tutarlı olarak zamanla artar.”

Chong, keşiften heyecan duyduğunu, ancak bunun sadece bir başlangıç ​​olduğunu söylüyor.

“Burası yepyeni, bakir bir bölge. Ve bu yeni bilim alanını daha fazla keşfetmek için kurduğumuz sistemi kullanmak için daha fazla insanın gemiye gelmesini ve bununla işbirliği yapmasını istiyoruz” diyor.

“İşbirlikçilerimizden birinin dediği gibi, her gün uyanıp yeni bir bilim alanı yaratamazsınız.”

---

Cortical Labs tarafından sağlanmıştır