培养皿里的脑细胞,学会了自己打游戏
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“皿中之腦”
1972 年,美國雅達利公司發(fā)售了一款乒乓球電子游戲《乓》(Pong),受到了很多人的歡迎。
現(xiàn)在,多虧一個神經(jīng)科學(xué)家團隊,培養(yǎng)皿中的腦細胞也享受到了這款游戲帶來的樂趣。完成這項創(chuàng)舉的科學(xué)家把這些“腦細胞玩家”稱為“DishBrain”(皿中之腦)。
他們證明,即使脫離了大腦,腦細胞仍然能夠表現(xiàn)出智力活動的跡象。
“皿中之腦”由兩種不同的腦細胞構(gòu)成,一種由人類干細胞分化而來,另一種則來自小鼠胚胎的大腦。科學(xué)家在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)這些細胞,而培養(yǎng)皿安裝在一種特殊的芯片上,芯片搭載的系統(tǒng)可以教細胞玩《乓》。
底下的芯片會向腦細胞發(fā)送信號,告訴它們乒乓球在屏幕上的位置。當乒乓球位于左側(cè)的時候,芯片左側(cè)的電極就會放電;在右側(cè)時,右側(cè)的電極放電。與此同時,乒乓球和球拍之間的距離則由電信號的頻率表示。
科學(xué)家用電探針向腦細胞提供反饋:球拍離乒乓球越近,反饋越強,意味著揮拍擊球的時機越好。
“這項研究最美妙、最創(chuàng)新的一點,是賦予了腦細胞感覺――也就是那套反饋系統(tǒng)。這一點的重要意義在于,腦細胞能夠自己做出‘判斷’。”研究團隊成員、英國倫敦大學(xué)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家卡爾?弗里斯頓(Karl Friston)說道,“這些細胞學(xué)會了采取行動,盡可能把自己的判斷變?yōu)楝F(xiàn)實。這種自我組織的形式不是人為訓(xùn)練的結(jié)果,因為腦細胞不像寵物,它們沒有獎懲意識,所以你不可能用傳統(tǒng)的方式訓(xùn)練它們。因此,它們能取得這樣的成就,可以說非常了不起。”
仿生“沙盒”
科學(xué)家稱,盡管以往的實驗已經(jīng)實現(xiàn)了用芯片檢測神經(jīng)細胞的活動,但這是人類第一次用具有特定意義的信號刺激神經(jīng)細胞。
有了“皿中之腦”,科學(xué)家就可以用真正的腦細胞,而不是計算機模型,來研究神經(jīng)退行性疾病,進而開發(fā)治療這些疾病的藥物了。
弗里斯頓說:“這項研究極具應(yīng)用前景,它意味著在測試藥物的療效時,我們不必再為開發(fā)‘數(shù)字孿生體’而頭疼了。
理論上,我們現(xiàn)在擁有了測試藥物和基因突變的終極仿生‘沙盒’。這種‘沙盒’的組成與我們的大腦一模一樣,都是神經(jīng)細胞。”
不過,在用于測試藥物的效果之前,神經(jīng)科學(xué)家想先觀察酒精對“皿中之腦”的影響。
澳大利亞生物技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司 Cortical Labs 的首席科學(xué)家布雷特?卡根(Brett Kagan)說:“到目前 為止的工作已經(jīng)證明,我們可以干預(yù)神經(jīng)細胞的活動,迫使它們改變自己的行為,從而產(chǎn)生類似于智力 的表現(xiàn)。
目前,我們正在繪制腦細胞對乙醇的劑量反應(yīng)曲線,簡單地說,就是用酒精‘灌醉’腦細胞,然后看看它們會不會像喝醉的人一樣,玩游戲的成績也變差。”
總結(jié)
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