В США миниатюрное подобие мозга превратили в управляющую систему робота

МОСКВА, 19 февраля. /ТАСС/. Американские инженеры и биотехнологи превратили органоид мозга, миниатюрное подобие центральной нервной системы мыши, в одну из управляющих систем робота, которая помогает ему удерживать баланс в движении. Это открывает дорогу для создания биокомпьютеров, адаптирующихся к решению новых задач, сообщила пресс-служба Университета Калифорнии в Санта-Крузе (UCSC).

Эта технология была разработана группой американских инженеров и биотехнологов под руководством профессора UCSC Мирчи Теодореску при изучении способностей органоидов мозга к обучению и обработке информации, а также принципов передачи данных между отдельными нервными клетками. В прошлом ученые уже использовали фрагменты нервных систем рыб и животных для управления роботами, однако возможность использования органоидов для этих целей еще не изучалась.

"Мы поместили органоид в чип, который позволяет стимулировать отдельные нейроны и отслеживать их активность. С инженерной точки зрения это интересно тем, что мы не просто записываем активность клеток, а создаем биоэлектрический интерфейс с обратной связью, в котором реакция органоида на стимулы влияет на следующую порцию входящих в него сигналов. Это превращает обучение в физический процесс, который мы можем изучать, что сложно сделать при работе с настоящим мозгом", - отметил профессор Теодореску, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Руководствуясь этой идеей, ученые попытались заставить органоид мозга решить классическую задачу из робототехники - научиться управлять балансом движущегося робота, центр массы которого находится значительно выше точки опоры. Простым примером этого является роботизированная тележка, на которой установлен обратный маятник или длинная жердь, к вершине которой прикреплен произвольный тяжелый предмет, к примеру, поднос с заказанными блюдами в ресторане.

Исследователи особым образом закодировали информацию о движении робота и положении данного маятника, и передавали ее в органоид при помощи специального управляющего алгоритма, который играл роль "учителя" природной нейросети. Он отслеживал то, насколько успешным образом культура нейронов управляла роботом в последние 20 раундов эксперимента, и отправлял в нее корректирующие сигналы, помогавшие рукотворному подобию коры мозга мыши более точно проводить расчеты.

Данная форма подкрепляющего обучения оказалась очень эффективной - без его наличия органоид корректно управлял балансом робота лишь в 4,5% случаев, тогда как после учебы он достигал успеха в 46% попыток. Схожим образом, как предполагают ученые, можно научить культуры нейронов решать и другие сложные вычислительные задачи, что ускорит раскрытие механизмов работы мозга и позволит создать новые решения в области робототехники.

Об органоидах

Органоидами мозга ученые называют трехмерные клеточные структуры, напоминающие по устройству, структуре и характеру взаимодействий между клетками реальный мозг человека или других млекопитающих. Эти структуры активно используются для изучения механизмов развития большого числа нейродегенеративных и психических болезней, а также оценки действия лекарств на ткани мозга, а также для изучения принципов работы и устройства центральной нервной системы.