Štakori komuniciraju s uma na pomoć implantata mozga

od

U revolucionarnoj studiji objavljenoj početkom ove godine u Znanstveni Izvješća, tim znanstvenika pokazao je da je moguće da štakor prenosi informacije izravno u mozak drugog štakora.

U prošlom desetljeću su razvijena sve sofisticiranija sučelja mozga i stroja kako bi se testnim životinjama – a u novije vrijeme i ljudskim pacijentima – omogućilo mentalno kontrolirati robotski ud ili pomicanje pokazivača na zaslonu. Tim koji vodi neurobiolog Dr. Miguel Nicolelis na Medicinskom centru Sveučilišta Duke, odlučio je sučelje mozga i stroja prebaciti na novu razinu.

"Naše prethodne studije s sučeljima mozga i stroja uvjerile su nas da je mozak mnogo plastičniji nego što smo mislili", rekao je Nicolelis u priopćenju za javnost. "U tim se eksperimentima mozak mogao lako prilagoditi prihvaćanju ulaza s uređaja izvan tijela, pa čak i naučiti kako obraditi nevidljivu infracrvenu svjetlost generiranu umjetnim senzorom. Dakle, postavili smo pitanje može li mozak asimilirati signale iz umjetni senzori, bi li to također moglo usvojiti unos informacija od senzora iz drugog tijela. "

Dva tijela, jedan um

Istraživači su implantirali parove štakora s nizovima mikroelektroda, uređajima djelića širine ljudske dlake, koji leže izravno na površini mozga. Za svaki par po jedan štakor nazvan je davačem; drugi, dekoder. U nizu pokusa, štakor davača osposobljen je za obavljanje zadatka u zamjenu za gutljaj vode, a niz elektroda zabilježio je njegovu aktivnost mozga. Zatim se ta zabilježena aktivnost prenosi u mozak štakora dekoder, stimulirajući elektrode u njegovom mozgu po točno istom obrascu. Korištenjem uzorka svog partnera, štakor za dekoder bio je u mogućnosti donositi bolje odluke nego što je mogao sam.

I učenje je išlo u oba smjera. Znanstvenici su eksperiment osmislili tako da kad je dekoder štakor uspješno obavio svoj zadatak, štakor za davač dobio je dodatnu nagradu. Vrlo brzo je štakor davača naučio mijenjati svoje moždane aktivnosti, stvarajući glatkiji i jači signal da njegov partner čita. Što su dulje štakori radili zajedno, više su mijenjali svoje ponašanje radi formiranja radnog tima.

U jednom pokusu, štakor davača učio je povlačiti polugu s desne ili lijeve strane svog kaveza kada se preko poluge pojavilo svjetlo, s oko 95 postotnom točnošću. U kavezu pokraj nje, njegov partner, dekoder štakor, obučen je da povuče desnu ili lijevu polugu, ovisno o signalu koji su znanstvenici prenijeli u njegov mozak, s oko 78 posto točnosti. Zatim, kako bi testirali može li štakor davača dekoder naučiti štakor dekoder koji ručicu povući, znanstvenici su u stvarnom vremenu prenijeli moždane valove štakora davača.

Korištenjem informacija dobivenih od štakorskog davača, dekoder štakor je uspio povući ispravnu polugu 70 posto vremena, daleko točnije nego što bi to dopuštale šanse. Kad je štakor dekoder napravio pogrešku, štakor davača više se usredotočio i poboljšao kvalitetu signala koji je poslao svom prijatelju. Kad su znanstvenici isključili stroj s sučeljem, performanse dekoder štakora smanjili su se na slučaj ni slučajnije.

Kako bi istražili u kojoj su mjeri štakori mogli uskladiti svoja osjetila, tim je pažljivo pogledao grupu moždanih stanica koje su obrađivale informacije iz šapica štakora. Kao i kod ljudi, stanice su formirale "kartu" senzornog ulaza koji su primali. Otkrili su da je nakon razdoblja prenošenja moždane aktivnosti iz štakora davača u dekoder štakor, mozak štakora dekoder počeo preslikavati šapke enkoder štakora zajedno sa svojim.

Ovaj posljednji nalaz vrlo je obećavajući za napredak u protetiranju kod ljudi koji su bili paralizirani ili su pretrpjeli druga oštećenja živaca. To sugerira da bi ljudi mogli ne samo naučiti kontrolirati robotski ud, već i preraditi mozak da bi primili senzorne informacije od samog udova.

U konačnom ispitivanju njihove tehnologije, Nicolelisov tim odlučio je povezati dva štakora u različitim zemljama. Oni su udružili štakor u svom laboratoriju u Durhamu, Sjeverna Karolina, i štakora u laboratoriju u Natalu u Brazilu. Unatoč tisućama milja preko kojih je signal mogao propadati, dvije su štakorice uspjele zajedno raditi i surađivati ​​u stvarnom vremenu.

"Dakle, iako su životinje bile na različitim kontinentima, s rezultirajućim bučnim prijenosima i kašnjenjem signala, još uvijek su mogle komunicirati", rekao je Miguel Pais-Vieira, postdoktorski suradnik i prvi autor studije, u priopćenju za javnost. "Ovo nam govori da bismo mogli stvoriti izvedivu mrežu mozga životinja distribuiranih na više različitih mjesta."

Zore Kiborga?

Trenutno su povezali samo dva štakora, ali istraživači rade na izgradnji veza između skupina štakora kako bi vidjeli mogu li surađivati ​​na složenijim zadacima.

"Ne možemo ni predvidjeti kakve će se vrste svojstava pojaviti kada životinje počnu komunicirati kao dio moždane mreže", rekao je Nicolelis. "U teoriji, mogli biste zamisliti da kombinacija mozga može pružiti rješenja koja pojedinačni mozak ne može postići sam. „.

Nicolelisovo otkriće nalazi se na predjelu šireg polja kibernetike. Sirove strukture poput udova nisu jedine robotske proteze u razvoju. bioničko oko nedavno je odobrila američka Uprava za hranu i lijekove (FDA).

Suvremena protetika proteže se čak i do samog mozga – nedavno izmišljeno istraživanje Dr. Theodore Berger mogla dopustiti da jedna regija mozga bude zamijenjena s računalni čip, Berger je u svojoj studiji uklonio hipokampus iz štakora, regiju mozga koja omogućuje svim sisavcima formiranje novih sjećanja. Bez hipokampusa, štakor ne može naučiti trčati labirint.

Na njegovo je mjesto instalirao čip koji je modelirao ponašanje hipokampusa. Pomoću čipa, štakor je bio u stanju naučiti izvoditi labirint baš u redu; izvadite čip, a učenja više nema. Da li bi drugi štakor mogao izvoditi labirint koristeći isti čip, ostaje neprovjereno, ali Nicolelisova istraživanja pokazuju kako bi to moglo biti moguće.

I nadograđeni računalom povezan umovi odavno su imali svoje mjesto u znanstvena fantastika i popularna kultura, ali bi ta otkrića jednog dana mogla učiniti jedinstvenost stvarnost.

Saznajte više