Ungefähr hunderttausend Rattenneuronen wurden an ein elektronisch-mechanisches Gerät angeschlossen, das immer noch mit Trauer lernt, Hindernisse auf einem speziellen Testgelände in zwei Hälften zu umgehen, aber die Schöpfer erwarten von ihnen ein verantwortungsbewussteres Verhalten
Ein neuer Mieter namens Gordon ist kürzlich in einem der wissenschaftlichen Labors der British University of Reading erschienen. Äußerlich ähnelt es vor allem einem kleinen Topf auf Rädern, aber hinter seinem nicht allzu eleganten Aussehen steckt etwas, das Sie dazu bringt, es mit viel größerem Interesse zu behandeln. In einem Topf mit Rosenbrühe, einem flüssigen Nährmedium, das eine Vielzahl von Nährstoffen und Antibiotika enthält, werden Zehntausende von Rattenneuronen „gekocht“und tauschen regelmäßig Informationen miteinander aus.
Ratbot Gordon ist ein weiteres Produkt der raffinierten Fantasie des berühmten Professors für Kybernetik an der University of Reading, Kevin Warwick, der sich mit einem jungen Biologen, Professor an der School of Pharmacy an derselben Universität, Ben Wally, zusammengetan hat. Die "Eltern" der neuen Kreatur selbst bevorzugen es, den Begriff "animat" zu verwenden, dh eine Mischung aus einem Tier und einem Automaten. In zahlreichen Nachrichtenberichten, die die ersten Schritte von Baby Gordon beschreiben, klingt eine andere verbale Konstruktion jedoch viel häufiger - Rattenroboter, der trotz aller Dissonanz vielleicht bezeichnet die grundlegenden Eigenschaften dieses mysteriösen Hybrids aus lebender Materie und elektromechanischer Ausrüstung angemessener.
Die von verschiedenen westlichen Medien zitierten Daten zur genauen Anzahl lebender (aktiver) Neuronen des Rattenroboters Gordon sind immer noch sehr unterschiedlich. Ein Artikel in der britischen Zeitschrift New Scientist, der am 13. August unter der eingängigen Überschrift "Der Beginn von Rattenhirnrobotern" veröffentlicht wurde und eine Welle von Kommentaren zum exotischen Warwick-Wally-Projekt auslöste, berichtete über 300.000 Neuronen, während eine Reihe anderer Veröffentlichungen eine viel bescheidenere Reichweite aufwiesen - von 50 bis 100 Tausend.
Selbst solche gravierenden Abweichungen in den Schätzungen sehen jedoch nicht sehr grundlegend aus, wenn man berücksichtigt, dass sich im Gehirn einer normalen Ratte (der Krone des Universums - eine Person ist mit 100 Milliarden ausgestattet) etwa 200 Millionen Neuronen befinden. Das heißt, basierend auf rein quantitativen Indikatoren entsprechen die potenziellen Fähigkeiten des "Quasi-Gehirns" des Rattenroboters Gordon bisher eher nur dem Niveau fortgeschrittener Insekten (z. B. Bienen oder Wespen). Doch selbst eine solch leichtgewichtige Version des Rattenhirns, die von britischen Wissenschaftlern vorgestellt wird, kann die Fantasie aller Kenner des Science-Fiction-Genres und engagierter Technophiler anregen: Der Aufstieg einer neuen Rasse von Hybridorganismen, Biorobotern (oder, wenn Sie möchten, Animaten) scheint wirklich nichts zu sein Berge.
Gleichzeitig sollte angemerkt werden, dass ein derart weit verbreitetes Experiment in den Medien keineswegs der erste Versuch ist, bioelektronische Hybride künstlich zu entwerfen, um den Talenten und dem Einfallsreichtum des Teams von Kevin Warwick und Ben Whalley Tribut zu zollen.
Der Pionier bei der Entwicklung von Rattenrobotern war der Amerikaner Steve Potter vom Laboratory of Neuroengineering am Georgia Institute of Technology (Atlanta), der bereits 2003 ein Hybridgerät (Hybrot) entwarf - einen dreirädrigen Roboter, der mit einer Reihe von mehreren tausend Rattenneuronen ausgestattet ist und wie ein Hockey-Puck aussieht. Tatsächlich war er Gordons älterer Bruder. Ein Jahr später demonstrierte ein amerikanischer Wissenschaftler der Universität von Florida, Thomas De Mars, eine andere Version des "Gehirns in einer Schale" - eine kleine Aufschlämmung derselben Rattenneuronen, die unter Laborbedingungen (etwa 25.000) gezüchtet wurden und den Flug eines Computersimulators eines Kämpfers ziemlich erträglich steuern F-22.
Montageanleitungen
Das Warwick-Wally-Team hatte detaillierte Informationen über die Experimente von Potter, De Mars und einer Reihe anderer Biotechnologen und erleichterte ihre Aufgabe in der Anfangsphase erheblich: Alle grundlegenden Techniken und Verfahren wurden bereits von ihren Vorgängern gut entwickelt.
Werbevideo:
Die Schaffung von Gordons Denkapparat begann mit der Tatsache, dass britische Forscher die Großhirnrinde chirurgisch aus einem Rattenembryo isolierten. Dann wurden unter Verwendung einer speziellen Enzymlösung die kortikalen Neuronen künstlich voneinander getrennt, wonach ein dünner Abschnitt dieser getrennten Neuronen auf ein 8 × 8 cm großes Multi-Elektroden-Array (MEA) gelegt wurde.
MEA ist ein einzigartiges Nährmedium, das als Schnittstelle zwischen lebendem Gewebe und dem elektromechanischen "Überbau" des Rattenroboters dient. Sein wichtigster Bestandteil ist eine Petrischale mit einem strengen Temperaturregime (der gleiche berüchtigte "Topf mit Brühe"), in dem sich lebende Neuronen befinden. Eine weitere Schlüsselkomponente von MEA ist ein Netzwerk von Elektroden an der Unterseite des Substrats, die eine bidirektionale Kommunikation zwischen der "neuronalen Suppe" und der Schaltung ermöglichen, die Gordons Radmechanismus antreibt. Durch die Erfassung neuronaler elektrischer Impulse wandeln die Elektroden diese in mechanische Signale um und übertragen umgekehrt nützliche Informationen an das "Quasi-Gehirn" der Ratte, das von den externen Sensoren des Radfahrzeugs bei Kontakt mit der Umgebung empfangen wird. Darüber hinaus wurde der Prozess dieses wechselseitigen Austauschs dank der drahtlosen Bluetooth-Technologie speziell überwacht.
Die anfangs getrennten Rattenneuronen, die sich einmal in der Petrischale befanden, begannen schnell wieder gegenseitige Kontakte herzustellen: Die ersten Anzeichen dieser wachsenden Aktivität wurden bereits fünf Tage nach ihrer Transplantation in MEA festgestellt. Ein direkter Indikator für die bioelektrische Aktivität von Nervenzellen während der Übertragung neuronaler Impulse sind spontane Spannungsabfälle (das sogenannte bioelektrische Potential), die durch die Differenz der elektrischen Potentiale zwischen zwei Punkten lebenden Gewebes bestimmt werden. Und es waren diese elektrischen Signale, die deutlich auf den Computerbildschirmen der Beobachter aufgezeichnet wurden.
Darüber hinaus beobachteten die Forscher episodisch starke elektrische Blitze, die vermutlich darauf hinwiesen, dass die Neuronen des neugeborenen Rattenroboters im Einklang zu arbeiten begannen (es sollte beachtet werden, dass diese Entladungen bereits vor der Verbindung von Gordon mit der elektromechanischen Hülle auftraten). Es gibt noch keine kohärente wissenschaftliche Interpretation der Natur solcher elektrischen Fackeln. Nach einem der bestehenden Gesichtspunkte können sie auf eine pathologische Aktivität von Nervenzellen hinweisen (z. B. bei Patienten mit Epilepsie). Andere Wissenschaftler glauben, dass diese Blitze Signale zum Speichern neuer Informationen (Akkumulation von Gedächtnis) sind, die von einem Netzwerk von Neuronen gesendet werden. Laut Ben Whalleys Version, die er in einem seiner Interviews skizzierte, wurden die episodischen Ausbrüche der Gruppenaktivität von Rattenneuronen möglicherweise von britischen Forschern festgestelltwaren eine Art SOS-Signal: "… diese Zellen schienen uns zu bitten, ihnen frische Denkanstöße zu geben." Eine solche Hypothese klingt natürlich wild, aber nachdem Wally und seine Kollegen versucht hatten, sie experimentell zu testen, indem sie über Elektrodenkontakte auf der MEA Testantwortimpulse an Neuronen sendeten, wurde Gordons "Quasi-Gehirn" merklich lauter - die Geräte registrierten viel häufiger und stärker Blitze.
Dieser unerwartete Erfolg veranlasste Wallys Team, die nächste Phase des Projekts zu beschleunigen - die Verbindung der "neuronalen Suppe" mit den Ultraschallsensoren des Radzugs. Der von ihnen entwickelte Hybrid-Rattenroboter wurde zur weiteren Verbesserung an einen speziellen Laborteststandort geschickt - um gute Fahrkünste zu üben.
Auf einer geschlossenen hölzernen Koppel ähnelte Gordon zunächst stark einem blinden Kätzchen, das unverblümt in den Zaun stieß und nicht verstand, wie er auf seinem Weg auf ein anderes unüberwindbares Hindernis reagieren sollte. Aber nach und nach wurde der Ratbot klüger: Das wiederholte Anstoßen von Zäunen, regelmäßig begleitet von Signalen von Ultraschallsensoren über die Annäherung an die Wände, führte allmählich zur Bildung einer Art Fahrerlebnis in Gordon. Der Denktopf auf Rädern begann sich immer häufiger nach links oder rechts zu drehen, ohne auf den Kontakt mit den Zäunen zu warten. Als die britischen Experimentatoren schließlich beschlossen, ihr Haustier der Öffentlichkeit zu zeigen, hatte Gordon gelernt, etwa achtzig von hundert Kollisionen mit den begrenzten Wänden zu vermeiden. BestimmtDieses Ergebnis scheint noch keine große Leistung zu sein, insbesondere wenn wir erwähnen, dass der Steve Potter-Hybrot des Modells von 2003 in 90% der Fälle den Kontakt mit Hindernissen erfolgreich vermieden hat. Das Team von Kevin Warwick geht jedoch davon aus, dass es in Zukunft die Fahrqualität des Ratbots erheblich verbessern kann. Insbesondere planen britische Forscher, ihre Reaktion unter Verwendung mehrerer verschiedener Sätze neuronaler Zellen gleichzeitig zu testen - das MEA-Design ermöglicht es, viele autonome "Quasi-Gehirne" darauf zu platzieren. Britische Forscher planen, ihre Reaktion mit mehreren verschiedenen Sätzen neuronaler Zellen gleichzeitig zu testen - das MEA-Design ermöglicht die Platzierung mehrerer autonomer "Quasi-Gehirne". Britische Forscher planen, ihre Reaktion mit mehreren verschiedenen Sätzen neuronaler Zellen gleichzeitig zu testen - das MEA-Design ermöglicht die Platzierung mehrerer autonomer "Quasi-Gehirne".
Neues Biospielzeug
Aus rein wissenschaftlicher Sicht ist vielleicht die zweite Stufe des von Warwicks Gruppe skizzierten Gordon-Experiments von viel größerem Interesse. In diesem Stadium werden Wissenschaftler absichtlich einzelne Teile des "Quasi-Gehirns" des Rattenroboters beschädigen, um zu versuchen, die Bedingungen, unter denen ein verletztes oder krankes lebendes Gehirn arbeitet, künstlich zu reproduzieren. Daher erwarten die britischen Schöpfer von Gordon, dass die Informationen, die während eines langen Experiments über die Funktionsmechanismen der "neuralen Brühe" gesammelt wurden, bei der Entwicklung neuer Methoden zur Behandlung von Alzheimer, Parkinson und verschiedenen Formen der Epilepsie nützlich sein können.
Ihr Optimismus wird jedoch noch nicht von allen Wissenschaftlern geteilt. Zum Beispiel hält Professor Yuri Kropotov, Leiter des Labors für Aktionsprogrammierungsneurobiologie am Institut für menschliches Gehirn der Russischen Akademie der Wissenschaften, den praktischen medizinischen Ausweg aus den Warwick-Wally-Experimenten (sowie viele ihrer anderen Kollegen, die heute einen ähnlichen Weg einschlagen) für eher zweifelhaft. "Obwohl", sagte er in einem Interview mit dem "Experten" -Korrespondenten, "sie Gewebeschnitte eines echten Tieres entnommen haben, sind diese Proben sehr weit vom Gehirn einer Person entfernt, die die gleiche Parkinson-Krankheit hatte." Ein lebendes Gehirn ist ein System, das sich nur schwer künstlich reproduzieren lässt. Und solch ein vereinfachtes Modell, zumindest in der Form, in der es jetzt vorgestellt wird, wird das Problem der Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen offensichtlich nicht lösen."
Noch kritischer war unser anderer Gesprächspartner, Leiter der Embryologieabteilung des Forschungsinstituts für Humanmorphologie der Russischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften, Sergei Savelyev.: „Das von den Briten konstruierte„ Quasi-Gehirn “ist überhaupt kein Nervensystem, sondern ein sehr weit entferntes Analogon davon. Es gibt keine Gliazellen, kein Gefäßsystem, und wenn Sie nicht über die Grundelemente des Systems verfügen, worüber können wir dann sprechen? Jedes Neuron sollte ungefähr 30 Gliazellen haben, von denen eine der Hauptfunktionen trophisch (ernährungsphysiologisch) ist. Darüber hinaus sind Gliazellen, wie in den letzten fünfzehn Jahren gezeigt wurde, aktiv an vielen anderen Prozessen beteiligt, insbesondere an der Speicherung und Mobilisierung von Neuronen. Nervenzellen erfüllen alle ihre Funktionen nur, wenn sie Kontakte zwischen Kapillaren und Neuronen bilden. Wenn das System keine Grundelemente enthält, bilden sich die darin enthaltenen Kontakte völlig anders als in der Realität. Daher ist das von Warwick und Wally geschaffene "Quasi-Gehirn" eine extrem verkürzte primitive Kultur von Neuronen, die nichts mit einem lebenden Gehirn zu tun hat. Eine solche "neuronale Suppe" kann nichts denken oder auswendig lernen, ganz zu schweigen von der Bildung einiger assoziativer Funktionen."
Laut Sergei Savelyev hat dieses Forschungsgebiet überhaupt keine wirklichen wissenschaftlichen Perspektiven. Yuri Kropotov ist in seinen Einschätzungen der Arbeit der Warwick-Wally-Gruppe weniger kategorisch. "Am Ende ist jede Wissenschaft ein Spiel, und 99,9 Prozent der wissenschaftlichen Forschung sind die Umsetzung verrückter Ideen, die für keine Praxis geeignet sind", schloss der Wissenschaftler. „Die Experimente der Briten und ihrer Kollegen könnten sich jedoch in Zukunft als nützlich und fruchtbar herausstellen. Tatsächlich beschäftigen sie sich weniger mit der Untersuchung der Prozesse im lebenden Gehirn als vielmehr mit der Forschung auf einem völlig anderen Gebiet - sie schaffen eine Mischung aus lebendem und leblosem, neuronalen Netzwerk und Elektronik. Wissenschaftler folgen einer konsequenten Annäherung: Zuerst gab es Modelle einzelner Neuronen, dann Modelle von Zellen - eine Symbiose aus Gewebekultur und Computer. Und obwohl wir noch nicht sehr klar sind,Wo und wofür solche Biografien nützlich sind, ist diese Richtung natürlich für die moderne Wissenschaft von erheblichem Interesse."
