Оси мира паранормальное рядом
Около ста тысяч крысиных нейронов были соединены с электронным механическим устройством, которое пока учится с горем пополам обходить препятствия на специальном полигоне, но создатели ждут от него более ответственного поведения.
В одной из научных лабораторий британского Университета Рединга с недавних пор появился новый жилец по имени Гордон. Внешне он больше всего напоминает маленький горшок на колесиках, однако за не слишком изящной наружностью скрывается нечто, заставляющее относиться к нему куда с большим интересом. Внутри горшка с розовым бульоном, жидкой питательной средой, содержащей разнообразные нутриенты и антибиотики, «варятся» десятки тысяч крысиных нейронов, регулярно обменивающихся друг с другом информацией.
Крысоробот Гордон — очередной продукт изощренной фантазии знаменитого профессора кибернетики Университета Рединга Кевина Уорвика, объединившего свои усилия с молодым биологом, профессором школы фармацевтики того же университета Беном Уолли. Сами «родители» нового существа предпочитают использовать термин «анимат», то есть смесь животного с автоматом, однако в многочисленных новостных сообщениях, описывающих первые шаги младенца Гордона, гораздо чаще звучит другая словесная конструкция
Данные о точном количестве живых (активных) нейронов крысоробота Гордона, приводящиеся различными западными СМИ, пока сильно разнятся. В инициировавшей вал комментариев к экзотическому проекту Уорвика–Уолли статье в британском журнале New Scientist, вышедшей 13 августа под броским заголовком «Наступление роботов с крысиными мозгами», сообщается примерно о 300 тысячах нейронов, тогда как в ряде других изданий фигурирует значительно более скромный диапазон — от 50 до 100 тысяч.
Впрочем, даже такие серьезные расхождения в оценках на самом деле выглядят не слишком принципиальными, если принять во внимание, что в мозге нормальной крысы насчитывается около 200 млн нейронов (венец мироздания — человек оснащен 100 млрд). То есть, исходя из чисто количественных показателей, потенциальные возможности «квазимозга» крысоробота Гордона пока скорее соответствуют лишь уровню продвинутых насекомых (скажем, пчел или ос). Однако даже такая, сильно облегченная версия крысиного мозга, представленная британскими учеными, не может не будоражить воображение всех ценителей жанра science fiction и преданных технофилов: восход новой расы гибридных организмов, биороботов (или, если угодно, аниматов), похоже, действительно уже не за горами.
В то же время, отдавая должное талантам и изобретательности команды Кевина Уорвика и Бена Уолли, необходимо отметить, что столь широко разрекламированный в СМИ эксперимент — отнюдь не первая попытка искусственного конструирования биоэлектронных гибридов.
Пионером создания крысороботов на самом деле был американец Стив Поттер из лаборатории нейроинженерии Технологического института штата Джорджия (Атланта), еще в 2003 году сконструировавший гибридное устройство (hybrot) — оснащенный массивом из нескольких тысяч крысиных нейронов трехколесный робот, внешне похожий на хоккейную шайбу, который, по сути, был старшим братом Гордона. А годом позже американский ученый из Университета Флориды Томас Де Марс продемонстрировал другой вариант «мозга в чашке» (brain in a dish) — маленькую кашицу выращенных в лабораторных условиях все тех же крысиных нейронов (порядка 25 тысяч), довольно сносно управляющую полетом компьютерного симулятора истребителя
Инструкция для сборки
Располагая подробной информацией об экспериментах Поттера, Де Марса и ряда других биотехнологов, команда Уорвика–Уолли существенно облегчила себе задачу на первичном этапе: все базовые методики и процессы были уже хорошо отработаны их предшественниками.
Создание мыслительного аппарата Гордона началось с того, что британские исследователи хирургическим путем выделили из крысиного эмбриона кору головного мозга. Далее при помощи специального ферментного раствора корковые нейроны были искусственно отсоединены друг от друга, после чего тонкий срез этих разобщенных нейронов поместили на мультиэлектродную
МЕА — уникальная питательная среда, служащая интерфейсом между живой тканью и электромеханической «надстройкой» крысоробота. Ее важнейшая составная часть — чашка Петри со строгим температурным режимом (тот самый пресловутый «горшок с бульоном»), внутри которой и размещаются живые нейроны. Другой ключевой компонент МЕА — сеть расположенных на нижней поверхности подложки электродов, которые обеспечивают двустороннюю связь между «нейронным бульоном» и электросхемой, приводящей в движение колесный механизм Гордона. Улавливая нейронные электрические импульсы, электроды преобразуют их в механические сигналы и, наоборот, передают крысиному «квазимозгу» полезную информацию, получаемую внешними сенсорами колесного аппарата при контакте с окружающей средой. Причем сам процесс этого двустороннего обмена специально отслеживался благодаря беспроводной технологии Bluetooth.
Первоначально разобщенные крысиные нейроны, оказавшись в чашке Петри, стали вновь быстро налаживать взаимные контакты: первые признаки этой растущей активности были отмечены уже через пять дней после их пересадки на МЕА. Непосредственным показателем биоэлектрической активности нервных клеток при передаче нейронных импульсов выступают спонтанные перепады напряжения (так называемый биоэлектрический потенциал), определяемые разностью электрических потенциалов между двумя точками живой ткани. И именно такие электрические сигналы четко фиксировались на компьютерных экранах наблюдателей.
Более того, исследователи наблюдали эпизодические мощные электровспышки, предположительно сигнализирующие о том, что нейроны новорожденного крысоробота стали работать в унисон (необходимо отметить, что эти разряды возникли еще до того, как Гордон был подсоединен к электромеханической оболочке). Стройной научной интерпретации природы подобных электровспышек до сих пор нет. Согласно одной из существующих точек зрения, они могут свидетельствовать о патологической активности нервных клеток (например, отмечаемой у больных эпилепсией), другие ученые полагают, что эти вспышки — сигналы о запоминании новой информации (накапливание памяти), посылаемые сетью нейронов. По версии же Бена Уолли, изложенной им в одном из интервью, отмечавшиеся британскими исследователями эпизодические вспышки групповой активности крысиных нейронов, возможно, были своего рода
Этот неожиданный успех подвиг команду Уолли к скорейшей реализации следующего этапа проекта — подсоединению «нейронного бульона» к ультразвуковым сенсорам колесного механизма. Созданный ими гибридный крысоробот для дальнейшего совершенствования был направлен на специальный лабораторный полигон — отрабатывать навыки хорошего вождения.
Оказавшись в замкнутом деревянном загоне, Гордон на первых порах сильно напоминал слепого кутенка, тупо тыкающегося в ограждения и не понимающего, как ему следует реагировать на очередное непреодолимое препятствие на своем пути.
Новая биоигрушка
Возможно, с чисто научной точки зрения значительно больший интерес вызывает намеченная группой Уорвика вторая стадия эксперимента «Гордон». На этом этапе ученые собираются умышленно повредить отдельные участки «квазимозга» крысоробота, чтобы попытаться искусственно воспроизвести условия, в которых работает травмированный или пораженный болезнью живой мозг. Таким образом, британские создатели Гордона рассчитывают, что накопленная в ходе длительного эксперимента информация о механизмах функционирования «нейронного бульона» может оказаться полезной при разработке новых методик лечения болезней Альцгеймера, Паркинсона и различных форм эпилепсии.
Однако их оптимизм пока разделяют далеко не все ученые. Так, заведующий лабораторией нейробиологии программирования действий Института мозга человека РАН профессор Юрий Кропотов считает практический медицинский выход от экспериментов Уорвика–Уолли (а равно и многих других их коллег, идущих сегодня по схожему пути) довольно сомнительным. «Хотя, — сказал он в беседе с корреспондентом «Эксперта», — ими и были взяты срезы ткани реального животного, эти образцы весьма далеки от мозга человека, заболевшего той же болезнью Паркинсона. Живой мозг — это система, которую крайне сложно искусственно воспроизвести. И такая упрощенная модель, во всяком случае, в том виде, в котором она представлена сейчас, очевидно, не позволит решить проблему лечения нейродегенеративных заболеваний».
Еще более критически настроенным оказался другой наш собеседник, руководитель отдела эмбриологии НИИ морфологии человека РАМН Сергей Савельев: «Сконструированный британцами «квазимозг” — это вообще не нервная система, а очень далекий ее аналог. Отсутствуют глиальные клетки, система сосудов, а если у вас нет основных элементов системы, то о чем вообще может идти речь? На каждый нейрон должно приходиться примерно 30 глиальных клеток, одна из главнейших функций которых — трофическая (питательная). Более того, как было показано в последние пятнадцать лет, глиальные клетки принимают активное участие и во многих других процессах, в частности в запоминании и мобилизации нейронов. Нервные клетки выполняют все свои функции только тогда, когда они образуют контакты между капиллярами и нейронами. Если же в системе нет основных элементов, то и контакты в ней будут образовываться совершенно иные, чем в реальности. Поэтому созданный Уорвиком и Уолли «квазимозг” — это крайне усеченная примитивная культура нейронов, которая никакого отношения к живому мозгу не имеет. Такой «нейронный бульон” никак не может ни думать,
По мнению Сергея Савельева, реальных научных перспектив у данного направления исследований вообще нет. Юрий Кропотов в своих оценках работы группы Уорвика–Уолли менее категоричен. «В конце концов, вся наука — это игра, и 99,9 процента научных изысканий — реализация безумных идей, которые не годятся ни для какой практики, — резюмировал ученый. — Однако эксперименты британцев и их коллег вполне могут оказаться полезными и плодотворными в будущем. Ведь, по сути, они занимаются не столько изучением процессов, которые происходят в живом мозге, сколько исследованиями в совершенно иной области — создают гибрид живого и неживого, нейронной сети и электроники. Ученые идут последовательным приближением: вначале были модели одиночных нейронов, потом модели клеток, сейчас — симбиоз культуры ткани и компьютера. И хотя нам пока не слишком понятно, где и для чего пригодятся подобные биоигрушки, это направление, безусловно, представляет значительный интерес для современной науки».
Источник:http://expert.ru
Тигран Оганесян, специальный корреспондент журнала «Эксперт».
В подготовке материала принимала участие Галина Костина
