22 августа 2018

 $67.40€78.02

18+

575973

Крысы обменялись мыслями

Впервые удалось соединить посредством компьютерного интерфейса мозги двух изолированных животных

Фотография: Katie Zhuang, Laboratory of Dr. Miguel Nicolelis, Duke University

Мозги двух крыс впервые удалось соединить посредством компьютерного интерфейса, позволившего им напрямую обмениваться сигналами при решении простых поведенческих задач даже тогда, когда животные находились в противоположных полушариях Земли.

Эксперимент, поставленный специалистами по нейробиологии из Международного института нейронаук в Натале (Бразилия) и Даремского Университета (Великобритания), предвосхищает технологию, которая позволит в будущем связывать мозг одного живого существа с мозгом другого в «органический компьютер», передающий сенсорную и моторную информацию. Статья с описанием эксперимента опубликована в журнале Scientific Reports, издаваемом Nature.

Как показали предыдущие эксперименты той же группы, мозг крыс достаточно пластичен, чтобы адаптироваться к обработке входных импульсов, поступающих в него с внешних электронных интерфейсов посредством вживленных в мозг микроэлектродов. Так, с помощью интерфейса «мозг--компьютер», кодирующего входную информацию в серию импульсов, аналогичных электрическим импульсам нейронов, крысы научились распознавать и правильно реагировать на невидимый невооруженным глазом инфракрасный свет.

На этот раз эксперимент был усложнен: в мозг подопытного грызуна была перенаправлена сенсорная и моторная информация, которая продуцировалась в мозге другой крысы.

Одну из крыс (получившую условное обозначение «инкодер») заранее натренировали за награду (воду в поилке) нажимать правильную клавишу, пользуясь световыми подсказками — загорающимися над клавишами лампочками. Когда обученная крыса нажимала на правильный рычаг, сигналы ее моторного кортекса транслировались в серию электрических импульсов, которые передавались в мозг другой крысы, обозначенной как «декодер». Клетка последней была оборудована точно такой же системой рычагов и лампочек, с одним отличием: обе лампочки в ее клетке загорались одновременно, то есть крыса-декодер не получала визуальной подсказки, какую из двух клавиш нужно нажать, чтобы в поилке появилась вода.

Таким образом, чтобы утолить жажду, она была вынуждена полагаться только на подсказки, транслируемые в ее мозг из мозга другой крысы.

В конечном итоге крыса-декодер научилась правильно распознавать подсказки, поступающие по проводам из другого мозга, в 70% случаев, что лишь на 8% меньше ожидавшегося исследователями максимума, теоретически возможного при таком способе передачи сигналов в мозг.

Важно также, что интерфейс «мозг--мозг» был наделен и обратной связью. Так, крыса-инкодер не получала полного вознаграждения, если крыса-декодер нажимала неправильную клавишу, что, по словам авторов статьи, способствовало установлению «поведенческого взаимодействия» между изолированными животными, связанными лишь электронным интерфейсом. Так, было замечено, что ошибки декодера вызывали соответствующие изменения в поведении и мозговой активности инкодера, облегчающие крысе-декодеру правильное выполнение задачи.

В мозговой активности инкодера отношение сигнала к шуму изменялось — сигнал, поступающий декодеру, становился более четким, отмечают авторы статьи.


Чтобы напиться, крыса-инкодер (левая клетка) обучилась нажимать то левый, то правый рычаг тренажера, снабженный визуальными подсказками (световыми индикаторами). Крыса-декодер (правая клетка) нажимает правильные рычаги в соответствии с подсказками (электрическими импульсами, кодирующими нейромоторные сигналы кортекса) поступающими из мозга другой крысы по интерфейсу «мозг-мозг». Pais-Vieira et al, Scientific Reports

Во второй серии экспериментов крысы обменивались ощущениями, определяя с помощью своих усов ширину отверстия, в зависимости от которой они пользовались той или иной поилкой. Как и в первой серии, фактор обучаемости, основанный на обмене сигналами по интерфейсу «мозг--мозг», также оказался решающим, немного не дотянув до теоретически возможного максимума.

Более того, «изучение сенсорного кортекса крыс-декодеров показало, что мозг декодеров начинал обрабатывать не только собственные тактильные сигналы, но и тактильные сигналы другой крысы», отмечают авторы статьи. «Мы определили кортикальные нейроны, реагирующие на два слоя сенсорных сигналов одного типа. Это означает, что в мозге животного формировалось представление другого тела поверх представления собственного», — резюмируют они.

Обучение по интерфейсу «мозг--мозг» оказалось успешным даже тогда, когда клетки с крысами были разнесены по разным полушариям Земли, а мозговые сигналы передавались по интернету из Бразилии, где находилась крыса-инкодер, в Англию, где находилась крыса, декодирующая сигналы другого мозга.

Теоретически, считают биологи, биомашинный интерфейс «мозг-мозг» не обязательно должен ограничиваться двумя животными, и следующим этапом станет соединение в одну мозговую сеть сразу нескольких животных. Увеличится и разрешающая способность интерфейса, которую в ближайшие пять лет биологи надеются повысить до 30 тысяч кортикальных нейронов, с которых считываются моторные сигналы. Эта экспериментальная технология поможет разработать управляемые мозгом кибер-протезы, которые разрабатываются по гранту Бразильского фонда научных исследований FINEP в рамках Walk Again Project — проекта по восстановлению двигательной активности параллизованных людей. Первая демонстрация таких протезов состоится уже в следующем году на Мировом чемпионате по футболу.

Читайте также:
  • Livejournal

Уважаемые читатели! В связи с последними изменениями в российском законодательстве на сайте «Газеты.Ru» временно вводится премодерация комментариев.

Новости СМИ2
Новости СМИ2
Новости net.finam.ru