Выращенная в лаборатории система мозг-компьютер буквально стала образцом того, как человеческие нейроны, которые живут и развиваются в искусственной системе, реагируют на лекарства. И при этом обучаются в режиме реального времени в игровой среде.
Особенности работы нейронов по-отдельности, обычно очень слабо коррелируют с тем, как ведет себя мозг или сознание. Однако, именно такие «локальные лабораторные эксперименты» помогают понять, как работает сознание и какие параметры можно корректировать и улучшать. Больше разборов про мозг, ноотропы и поведение человека – читайте на канале Neural Hack. Подписывайтесь, чтобы не пропускать свежие статьи!
Искусственные нейроны и обучение
Объектом исследования Cortical Labs стали искусственные нейроны, которые подвергались воздействию противосудорожных препаратов. Изначально это были нейроны, спроектированные с заложенной склонностью к болезням. Под препаратами они не просто изменили активность, но и начали спонтанно реагировать, обрабатывая информацию. Сам факт этого – огромный шаг для технологии синтетического биологического интеллекта (SBI). Также это новый вектор потенциальных исследований неврологических состояний.
Этот прорыв — важный шаг вперед не только в сфере изучения и понимания заболеваний, но и в препаратах, предназначенных для лечения связанных с ними нейронных процессов, затронутых заболеваниями. Впервые, вместе с некоторыми из самых выдающихся исследователей мира в своей области, мы смогли показать, что нарушенные болезнью информационные процессы, смоделированные в чашке Петри, можно восстановить с помощью препарата, разработанного специально для ее лечения.
Бретт Каган, главный научный сотрудник Cortical Labs.
Cortical Labs также известна проектом DishBrain. В рамках этого проекта, впервые продемонстрирован реальный потенциал коммерческой платформы SBI CL1. Биологический компьютер CL1 строится на выращенных в лаборатории нейронах из стволовых клеток человека. Органоид размещается на кремниевой основе в специально разработанном корпусе для поддержки жизнеобеспечения. Когда все элементы собраны воедино, каждый CL1 образует стойку, напоминающую сервер. Нейроны образуют сети и в ответ на стимулы обрабатывают информацию и реагируют в реальном времени, перенаправляя или формируя новые связи таким образом, чтобы оптимизировать эффективность и здоровье клеток. Теория ли это? Нет, коммерческий продукт уже доступен.
Моделирование биологического интеллекта
Выращенные в лаборатории нейроны подключены к компьютеру, который играет в упрощенную версию игры Pong. Одновременно с этим с нейронов собираются данные об их активности, обработке нейронной информации и изменений в реальном времени. Как показали более ранние исследования, SBI «учится» в ответ на игровую обратную связь, обрабатывая информацию и корректируя связи для улучшения результативности.
Используя платформу CL1, на которой размещена система DishBrain, команда вызвала гиперактивную глутаматергическую дисрегуляцию в человеческих плюрипотентных стволовых клетках (hiSC). Суть этого состояния в том, что дисбаланс нейромедиатора глутамата чрезмерно стимулирует клетки и приводит к появлению дефектных нейронов. Общее состояние мозга при этом напоминает эпилепсию. Любопытно и то, что если адекватно запитывать рецепторы глутамата рацетамами, используя пирацетам, омберацетам, анирацетам, фенотропил или прамирацетам, да и любые другие виды рацетамов, то организм получит неплохой прирост в работе памяти и интеллекта.
После 21 дня глутаматергической нейронной дифференциации, к нейронам стали подавать три противосудорожных препарата: фенитоин, перампанел и карбамазепин. Наблюдая, как каждый препарат меняет поведение нейронов в режиме реального времени, исследователи обнаружили, что карбамазепин в дозировке 200 µM значительно повлиял на реакцию нейронов, их способности к саморегуляции и адаптации.
Поля, на которых выращиваются мозги
Дозировка в 200 µM карбамазепина значительно улучшила способность лабораторной нервной системы играть в игру Pong. Хоть все три препарата снизили чрезмерную активность нейронов, затушив эпилептические всплески активности, но только карбамазепин улучшил работу сети в целенаправленном поведении. А некоторые нейронные сети стали более стабильными и организованными в результате лечения.
Хотя это невероятно важная веха и реализация многолетней работы Cortical Labs, это только начало. Возможность наблюдать, как живые нейроны реагируют на стимуляцию в реальном времени и медикаментозное лечение, открывает совершенно новые пути для разработки, тестирования и персонализации разных видов терапии. И все это без опоры на модели животных. Основываясь на наших ранних результатах, мы продолжим совершенствовать моделирование с целью разработки более эффективных, специфичных для пациента видов терапий в будущем.
Бретт Каган, главный научный сотрудник Cortical Labs.
Подобная система также позволяет одновременно тестировать как экспериментальные препараты, так и методы лечения. Это обусловлено тем, что в каждом боксе CL1 можно отдельно выращивать hiSC для получения схожего разнообразия клеток или манипулировать ими для воссоздания различных моделей неврологических заболеваний, на которых реально тестировать лекарства. Это не только устраняет необходимость тестировать препарат на животных, но и, по сути, позволяет тестировать экспериментальные методы лечения на нейросетях человека — без задействования самого человека.
Огромный шаг для отрасли и крошечный шаг для эволюции
Хотя система SBI, очевидно, намного проще модели человеческого мозга, а лекарственное вмешательство сосредоточено только на глутаматергических нейронах, это, тем не менее, большая веха для Cortical Labs, которая вложила годы работы, чтобы достичь таких результатов. Как отметил Каган, это большое достижение, но всего лишь еще один шаг на пути к полноценному потенциалу этой уникальной SBI.
Одна из насущных задач в области нейробиологии – повышение уровня успешности новых эффективных методов лечения, которые добираются до пациентов. Наша работа выявляет ключевое препятствие на пути к этой цели. А именно то, что нейронные функции, конечные точки нашей работы, на которые мы ориентируемся для определения эффективности лечения, могут быть не оптимальными. Важно то, что мы показываем, что на эти точки можно целенаправленно влиять и даже улучшать с помощью лекарственного вмешательства, что открывает дверь для более значимых показателей терапевтического успеха.
Брэд Уотмафф, руководитель отдела биологии в Cortical Labs.
Что в итоге? В мире растет количество систем, которые используют человеческие нейроны как альтернативу процессорам и как лабораторные модели для испытаний. Лично я вижу в этом отличную перспективу для воссоздания систем экзо-мозга, к которому можно подключаться для обмена опытом. Или как платформу для полноценного искусственного интеллекта, в полном смысле этого слова.
Но, кто знает, может обезьяна с нейроимплантами окажется куда ближе к такому разуму, чем мы, со всем потенциалом использования гибридных нейронов.
Больше разборов про мозг, ноотропы и поведение человека – читайте на канале Neural Hack. Подписывайтесь, чтобы не пропускать свежие статьи!