Робомышь

Ученые создали настоящий "кибернетический организм" на основе мышиного мозга и электронных устройств

Некоторые философы предполагают, что всё, что окружает нас в этой жизни, является  внешним продолжением нашего внутреннего "Я". Эту гипотезу любопытным образом иллюстрирует новое изобретение Стива Поттера, профессора биомедицинской инженерии Института технологии штата Джорджия (США) . Ученому удалось создать систему, в которой мозг мыши, извлечённый из мышиного эмбриона, управляет над небольшим мобильным роботом, который служит нервной ткани грызуна "глазами" и "мышцами".

Небольшой робот цилиндрической формы, размерами примерно с банку из-под кофе (смотрите фото), беспорядочно перемещается по круглому "манежу" метрового диаметра, в то время, как в нескольких метрах от него находится чаша с питательным раствором, в которой, на кремниевой подложке, усеянной электродами,  расположена культура нервных клеток мозга обычной домашней мыши. Таково устройство гиброта – так назвал своё изобретение Поттер, которое является, по сути, наиболее глубоким известным на сегодня примером "симбиоза" биологической и механической форм организации материи.

Чтобы создать самый настоящий "кибернетический организм", исследователь поместил участок нервной ткани мыши, состоящий из тысячи нейронов, на чип, несущий 60 микроэлектродов, подсоединённых к усилителю. Спустя некоторое время клетки на микрочипе организоввались в сети и создали синапсы – межклеточные контакты для передачи потенциалов действия. Теперь нервные импульсы, возникающие на микрочипе,  поступают в компьютер. А последний, в свою очередь, осуществляет беспроводную передачу данных роботу.

Робот трансформирует полученные сигналы в конкретные движения, перемещаясь по манежу, таким образом, материализуя результат взаимодействия нервных клеток. Однако это ещё не всё – робот не только служит эффектором – рабочей структурой, но и осуществляет обратную связь, посылая нервной ткани информацию о собственном местоположении. Для этого служат светочувствительные датчики, установленные на корпусе механизма, которые реагируют на пересечение роботом инфракрасных лучей, ограничивающих пространство манежа. Данные, поступающие от робота, обрабатываются компьютером и подаются на нейроны, таким образом, замыкая петлю обратной связи.  

"С одной стороны, - говорит Поттер, - мы регистрируем импульсную активность нервных клеток и используем её для контроля за действиями робота, а с другой, мы используем входящие сенсорные данные от робота и превращаем их в сигналы для нейронов. Весь цикл занимает менее десятой части секунды. Фактически, мы поместили эти клетки в чашку и дали им новое тело".

Движения машинки тяжело назвать изящными, однако не исключено, что они – это первые шаги на пути создания новых микрочипов, построенных по принципам живой нервной ткани, или даже больше – компьютерных систем, в своём составе комбинирующих механические и живые компоненты. Нервная ткань, та, что составляет мозг самых разных животных – от брюхоногого моллюска до шимпанзе и человека – обладает уникальной способностью, которую пока не удается придать механическим системам – пластичностью. Невероятной пластичностью и способностью к самовосстановлению. Таким образом, исследования Поттера могут наметить пути к созданию первых компьютерных систем, способных к самоконтролю и самовосстановлению. Ральф Пфейфер, специалист из Университета Цюриха, Швейцария, добавляет, что "Таким образом, можно представить, что когда-нибудь для работы с приложениями, которые нуждаются в адаптивном подходе, можно будет обратится к системам, комбинирующих элементы биологических и обычных технологий".

Кроме того, в ходе данных исследований Стив Поттер также надеется получить ценную информацию относительно процессов взаимодействия и взаимоорганизации, происходящих в нервной ткани и, возможно, узнать больше самом о человеческом мозге. "Спорю на все достижения моей карьеры, что за этими нервными группировками, о которых нам известно так мало, скрывается пропасть невероятных свойств", - говорит исследователь.

Поттер ведет постоянную запись активности нервных клеток с целью получить доказательства того, что обратная сигнализация от сенсоров робота влияет на процессы организации и способствует научению нервной ткани. Сейчас непросто делать какие-либо определённые выводы, однако, по его словам, "мозг определённо развивается".

Достижения Поттера используются другими учёными, в частности, Стивеном ДеВирфом, который занят планированием искусственных нервных сетей в лаборатории. Кроме того, Поттер полагает, что его разработки могут быть использованы при проектировании так называемых асинхронных схем, действие которых не подчиняется ритму внутреннего генератора тактовых (синхронизирующих) импульсов.

Сейчас ещё рано что-то утверждать и далеко до конца исследований, однако не исключено, что за ними - исключительные открытия. Кто знает, возможно, не так далеки те дни, когда будут созданы биологические микрочипы, и тогда вместо плановой вечерней антивирусной проверки у вас по расписанию будет замена питательной среды вашего нового органического процессора.