Nöroteknoloji

Bir Tabaktaki İnsan Beyin Hücreleri Pong Oynamayı Öğreniyor

Özet: Bir petri kabında büyütülen beyin hücreleri, bir Pong oyunu oynamayı öğrenmek gibi hedefe yönelik görevleri yerine getirebilir.

Kaynak: Kortikal Laboratuvarlar

Melbourne liderliğindeki bir ekip, ilk kez bir çanakta 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 Labs’ın Baş Bilimsel Sorumlusu olan baş yazar Dr Brett Kagan, “Yaşayan biyolojik nöronlarla, aktivitelerini değiştirmeye zorlayacak ve zekaya benzeyen bir şeye yol açacak şekilde etkileşime girebileceğimizi gösterdik” diyor. , yeni nesil biyolojik bilgisayar çipleri oluşturmaya adanmıştır. 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 çok elektrotlu dizilere monte edip etkinliklerini okuyabiliyor olsa da, hücreler ilk kez yapılandırılmış ve anlamlı bir şekilde uyarıldı.

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

“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 – algılama yoluyla topu geri döndürmek için raketi kontrol ederek – teknoloji, sağlık ve toplum için geniş kapsamlı sonuçları olacak yeni keşif olasılıkları açar.” Monash Üniversitesi Hesaplamalı ve Sistemler Nörobilim Laboratuvarı Direktörü 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 kullanabileceğimiz yer elimizde gibi görünüyor.”

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 gösterildi. Elektrotlardan gelen geri bildirimler, DishBrain’e hücrelerin kendileri raketmiş gibi davranmasını sağlayarak topu nasıl geri döndüreceğini öğretti.

Kagan, “Hücrelerin sanal bir ortamda nasıl hareket ettiğini 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 dünyası üzerinde hareket etme yeteneğiyle donatmaya dayanıyor” diyor.

“Dikkat çekici bir şekilde, kültürler, dünyalarını ona göre hareket ederek nasıl daha öngörülebilir hale getireceklerini öğrendiler. Bu dikkate değer çünkü bu tür bir öz-örgütlenmeyi öğretemezsiniz; basitçe çünkü – bir evcil hayvanın aksine – bu mini beyinlerin ödül ve ceza duygusu yok ”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, ilaçların ve genetik varyantların etkilerini test etmek için nihai biyomimetik ‘sandbox’a sahibiz – beyninizde ve benim beynimde bulunan tam olarak aynı bilgi işlem (nöronal) öğelerinden oluşan bir sandbox. ”

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

“Hücrelere belirli bir yoldan gitmeleri için nasıl talimat vereceğimiz üzerinde çalışırken bir zorlukla karşılaştık. Dopamin sistemlerine veya belirli gerçek zamanlı teşvikler sağlamak için kullanabileceğimiz başka herhangi bir şeye doğrudan erişimimiz yok, bu yüzden Profesör Friston’ın çalıştığı şeye bir seviye daha derine inmek zorunda kaldık: bilgi entropisi – sistemin nasıl çalıştığına dair temel bir bilgi seviyesi. fiziksel düzeyde çevresiyle etkileşime girmek için kendi kendini organize edebilir.

Bu, origanoiddeki farklı beyin hücrelerini gösterir.
Floresan belirteçlerin farklı hücre türlerini gösterdiği sinir hücrelerinin mikroskopik görüntüsü. Yeşil, nöronları ve aksonları, mor nöronları, kırmızı dendritleri ve mavi tüm hücreleri işaretler. Birden fazla işaretleyicinin bulunduğu durumlarda, renkler birleştirilir ve işaretleyicilerin oranına bağlı olarak tipik olarak sarı veya pembe olarak görünür. Kredi Kortikal Laboratuvarları

“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, onların aktivitelerini, aslında dinamik bir sistem gibi davranmalarıyla çok tutarlı bir şekilde değiştirdiklerini gördük” diyor.

“Örneğin, nöronların deneyim sonucunda aktivitelerini değiştirme ve uyarlama yeteneği zamanla artar, bu da hücrelerin öğrenme hızında gördüklerimizle tutarlıdır.”

Ayrıca bakınız

Bu bir beyin gösterir

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.”

COI BEYANI

BJK, Cortical Labs’ın bir çalışanıdır. BJK ve ACK, Cortical Labs’ın hissedarlarıdır. BJK ve ACK, bu yayınla ilgili patentlerde pay sahibidir. FH ve MK, bu yayınla ilgili çalışmaları için Cortical Labs’tan fon aldı.

Bu sinirbilim araştırma haberleri hakkında

Soyut

In vitro nöronlar, simüle edilmiş bir oyun dünyasında somutlaştırıldıklarında öğrenir ve duyarlılık sergilerler.

Öne Çıkanlar

  • Kapalı döngü geri bildirimin ardından zaman içinde performansta veya “öğrenmede” iyileştirmeler
  • Hem insan hem de birincil fare kortikal nöronlarından gözlemlenen öğrenme
  • Uyarıcı olan ancak geri bildirim almayan sistemler öğrenme olmadığını gösterir
  • Düzenleme sırasında nöral elektrofizyolojik aktivitede gözlenen dinamik değişiklikler

Özet

Nöronları dijital sistemlere entegre etmek, tek başına silikonla mümkün olmayan performansı sağlayabilir. Burada geliştiriyoruz BulaşıkBeyinYapılandırılmış bir ortamda nöronların doğal adaptif hesaplamasını kullanan bir sistem.

Laboratuvar ortamında insan veya kemirgen kökenli sinir ağları ile entegre edilmiştir. silico’da yüksek yoğunluklu çok elektrotlu bir dizi aracılığıyla hesaplama. Elektrofizyolojik uyarım ve kayıt yoluyla kültürler, atari oyunu “Pong”u taklit eden simüle edilmiş bir oyun dünyasına gömülür.

Serbest enerji ilkesi aracılığıyla aktif çıkarım teorisinden çıkarımları uygulayarak, kontrol koşullarında gözlemlenmeyen gerçek zamanlı oyunun beş dakikası içinde belirgin bir öğrenme buluyoruz.

Daha ileri deneyler, zaman içinde öğrenmeyi ortaya çıkarmada kapalı döngü yapılandırılmış geri bildirimin önemini göstermektedir. Kültürler, sentetik biyolojik zeka olarak adlandırdığımız, eylemlerinin sonuçları hakkında seyrek duyusal bilgilere yanıt olarak hedefe yönelik bir şekilde aktiviteyi kendi kendine organize etme yeteneğini gösterir.

Gelecekteki uygulamalar, zekanın hücresel bağıntıları hakkında daha fazla bilgi sağlayabilir.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/organoid-pong-21625/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu