Repülőgép-irányítás patkányagysejtekkel

A Floridai Egyetem tudósai egy patkány sejttenyészetből élő agyat hoztak létre, ami képes egy F-22-es vadászgép szimulációjának irányítására. A tudósok szerint kutatásuk agyvezérelt művégtagokat és élő számítógépek által irányított ember nélküli repülőgépeket eredményezhet.

A jelenlegi projektben Thomas DeMarse professzor egy elektródarácsot helyezett el egy üvegedény alján, amit egy patkány agysejteket tartalmazó ráccsal fedett le. A sejtek eleinte olyanok voltak, mint a különálló homokszemcsék egy folyadékban, azonban hamarosan mikroszkopikus vonalakat nyújtottak egymás felé, fokozatosan alakítva ki egy neurális hálózatot, egy agyat, amit DeMarse élő számítógépként jellemzett. Az agy ezután kommunikációs kapcsolatba lépett az asztali számítógépen futó repülőgép-szimulátorral.


Agysejtek a számítógépben
"Megközelítőleg 25 000 sejtet tenyésztettünk egy 60 csatornás elektródasoron, ami lehetővé tette az agysejtek által létrehozott tevékenység jeleinek mérését, ami akkor jön létre amikor a neuronok információt továbbítanak a hálózaton" - nyilatkozott DeMarse. "Ugyanezen elektróda csatornák használatával képesek voltunk stimulálni a tevékenységet a hálózat mind a 60 helyén. Együtt egy kétirányú interfészt alkotnak a neurális hálózathoz, ahova a stimulációval tudtunk adatokat bevinni, azaz a hálózat feldolgozza az információt, mi pedig meg tudjuk hallgatni a hálózat reakcióját."

Az agy, akárcsak az emberé, képes a tanulásra. Amikor a rendszer először kapcsolódott össze, az agysejtek nem tudták, hogyan irányítsák a repülőt, mivel nem rendelkeztek tapasztalattal. "Idővel azonban ezek a stimulációk módosítják a hálózat reakcióját oly módon, hogy az agysejtek lassan (15 perc alatt) megtanulják a repülőgép vezérlését. A végeredmény egy olyan neurális hálózat, ami képes viszonylag stabil vízszintes repülésre" - mondta DeMarse. Jelenleg az agy képes kézben tartani az F-22-es bukdácsolásait és himbálózását a különböző virtuális időjárási viszonyok között, ami akár viharos, hurrikán erejű szél is lehet.


Thomas DeMarse professzor, kezében a patkány agysejtjeivel
Az agyvezérelt repülőgép talán tudományos fantasztikumnak hangzik, azonban a technikán már több mint egy évtizede dolgoznak. 1993-ban született meg az első áttörés, amikor egy tudóscsoport elkészített egy hibrotot, azaz hibrid robotot. A robot egy hardverből, egy számítógépes szoftverből, patkányagysejtekből és a neuronok számára kialakított inkubátorokból állt. A neuron-impulzusokra való válaszadásra programozott számítógép egy kereket irányított a gép alatt.

Tavaly amerikai és ausztrál kutatók hasonló neuronirányítású robot eszközt alkalmaztak egy "félig élő művész" elkészítésére, melyről mi is beszámoltunk itt az SG.hu-n. Ebben az esetben az agysejteket egy rajzoló karral kapcsolták össze, ami különböző színek papírra vetésére is alkalmas volt. A robot felismerhető képeket alkotott, bár a rosszabbul sikerültek inkább egy kisgyerek firkáira emlékeztettek, azonban ez a technika vezetett el a mai vadászgép-szimuláció sikeréhez.


A robotkart egy Petri-csészében lévő neuronok elektromos aktivitása irányítja
Steven Potter, a Georia Tech professzora, az élő művész projekt igazgatója meggyőződéssel állítja, hogy DeMarse munkája fontos és a hasonló tanulmányok számos műszaki és neurobiológiai kutatást visznek sikerre. "Sokakat érdekel, milyen változások mennek végbe az állatok és az ember agyában tanulás közben" - mondta Potter. "Minket a hálózati és a sejt mechanizmusok foglalkoztatnak, amit nehéz élő állatokon megvalósítani."

Bár az agy sikeresen irányítja a repülőgép-szimulátort, a bonyolultabb alkalmazásokig még hosszú utat kell megtenni, vélekedett DeMarse. "Most tettük meg az első lépéseket. Azonban a modell használatával megismerhetjük az információ azon fontos töredékét, ami a bemenet és a kijövő dolgok között található" - magyarázta. "Minél többet tudunk meg róla, annál jobban hasznosíthatjuk az agysejtek számítási képességeit az alkalmazások széles körében."

Mindezek mellett a laborban összerakott agyon belüli sejtek kölcsönhatásai minden eddiginél jobb betekintést nyújthatnak az emberi agyban zajló folyamatokba is, melyből új gyógymódok születhetnek az idegi rendellenességek kezelésére.