V sklenených miskách kalifornských laboratórií sa práve odohralo niečo, čo doteraz patrilo skôr do scenárov kyberpunkových románov. Bunky, ktoré nikdy nevideli svetlo sveta ani necítili dotyk, začali metodicky riešiť technické problémy.
Vedci z Kalifornskej univerzity v Santa Cruz totiž prinútili mozgové organoidy – zhluky živého tkaniva vypestované v laboratóriu – plniť úlohy, s ktorými sa bežne trápia študenti robotiky. Nešlo o náhodný zášklb biomasy, ale o jasný dôkaz, že biologická hmota dokáže spracovávať dáta v reálnom čase a cielene sa zlepšovať. Píše o tom aj slovenský portál Techbyte.
Neuróny skrotili gravitáciu vo virtuálnom svete
Stredobodom experimentu sa stala klasická inžinierska výzva známa ako cart-pole test. Princíp je prostý: musíte udržať tyč vo vzpriamenej polohe na vozíku, ktorý sa neustále hýbe.
Kým človek pri udržiavaní rovnováhy využíva sofistikované senzory vo vnútornom uchu, tieto mini-mozgy nemali k dispozícii nič. Iba elektrické impulzy, ktoré im vedci posielali ako spätnú väzbu. Algoritmus posilňovaného učenia sledoval ich výkon a „trestal“ alebo „odmeňoval“ neuróny podľa toho, ako sa virtuálna tyč nakláňala.
Výsledky, ktoré publikoval odborný časopis Cell Reports, vyrazili dych aj samotným autorom štúdie. Na začiatku pokusu boli organoidy v udržiavaní rovnováhy prakticky nepoužiteľné s biednou úspešnosťou 4,5 percenta. Po intenzívnom tréningu sa však ich schopnosť koordinovať impulzy vystrelila až na 46 percent. Tento dramatický skok potvrdil, že tkanivo v Petriho miske má ambíciu učiť sa. Podľa vedúceho autora Asha Robbinsa bol v celom procese kľúčový práve neviditeľný sprievodca: „Algoritmus fungoval ako tréner.“
Miniatúrne mozgy prestali byť pasívnymi modelmi
Doteraz sme o mozgových organoidoch uvažovali skôr ako o statických maketách. Od roku 2013, kedy tím Madeline Lancasterovej vypestoval ten prvý, slúžili najmä na testovanie liekov alebo pozorovanie priebehu chorôb.
Boli to trojrozmerné kultúry z kmeňových buniek, ktoré síce obsahovali skutočné ľudské neuróny, no ich existencia bola uzavretá v tichu laboratórneho inkubátora. Experiment z UC Santa Cruz však túto izoláciu prelomil. Organoidy sa tu po prvýkrát prejavili ako aktívni hráči, ktorí dokážu meniť svoje správanie na základe vonkajších podnetov.
Tento proces sa nápadne podobá prvým krôčikom batoľaťa. Dieťa neustále padá, skúša iný uhol postavenia nôh, kým jedného dňa svaly a nervy nepochopia, ako skrotiť zemskú príťažlivosť. Organoidy robili v podstate to isté, hoci ich svet bol obmedzený na drôty a elektrické výboje. Ich neurónové siete sa prebudovali tak, aby vyhoveli požiadavkám „trénera“ a udržali virtuálny objekt v pokoji.
Prastaré tajomstvo morských hubiek opäť ožilo
Hoci dnešný výskum pôsobí futuristicky, jeho korene siahajú až do roku 1907. Vtedy si biológ Henry Van Peters Wilson všimol podivuhodnú vec u morských hubiek. Keď ich bunky preosial cez jemné sito a úplne ich rozdelil, ony sa neuvrhli do chaosu. Namiesto toho sa začali opäť spájať, akoby každá jedna bunka mala v sebe zabudovaný plán, ako postaviť zložitý organizmus. Táto schopnosť samoorganizácie je tmelom, ktorý drží pri živote aj súčasné mini-mozgy.
- 1907: Objav vnútornej inteligencie buniek pri morských hubkách.
- 1981: Izolácia kmeňových buniek z myších embryí.
- 1998: Prvý úspešný zber ľudských kmeňových buniek.
- 2013: Vypestovanie prvého mozgového organoidu.
Cesta od morských húb k „mysliacemu“ tkanivu trvala vyše storočia. Dnes už vedci nepracujú len s pasívnym materiálom. Vďaka schopnosti kmeňových buniek nekonečne sa deliť a meniť na akýkoľvek typ tkaniva majú v rukách nástroj, ktorý začína vykazovať známky inteligencie.
Skutočnosť, že organoidy dokážu balansovať virtuálnu tyč takmer s polovičnou úspešnosťou, otvára dvere k vytváraniu biologických počítačov, ktoré nebežia na kremíku, ale na skutočnom živote.
