Laboratoriossa kasvatetut hermosolut oppivat pelaamaan videopeliä – miten alkoholi mahtaa vaikuttaa suoritukseen?

Helpon pelin oppineet miniaivot on kytketty siruihin. Ne eivät ajattele, mutta voivat silti auttaa kehittämään lääkkeitä.

Elatusmaljassa kasvatettiin noin 800 000 aivosolua mikropiirien päällä.

25.10. 2:00 | Päivitetty 25.10. 2:01

Pong on alkeellinen videopeli. Pöytätennistä muistuttavassa kaksinpelissä pelaajat liikuttavat pystysuunnassa mailojaan. He yrittävät osua vuorotellen keskellä kimpoilevan palloon.

1970-luvulla markkinoille tullut Pong oli ensimmäinen kaupallisesti menestynyt videopeli.

Pingismäinen peli on kiehtonut myös bioälyn kehittäjiä. Heidän kysymyksensä kuului näin: kuinka monta aivosolua eli neuronia tarvitaan Pongin pelaamiseen?

800 000, kertoo Neuron-tiedelehdessä julkaistu tuore tutkimus. Siinä laboratoriossa kasvatetuista hiiren hermosoluista viritettiin tietotekniikan avulla yhteys videopeliin.

800 000 elatusastiassa kasvatettua aivosolua pystyi kokeessa ohjailemaan peliä. Pallo tosin liikkui koepelissä melko hitaasti, mikä helpotti aivosolujen työtä. Mailaa liikuttavat hermosolut pystyivät seuraamaan pallon liikettä, kun se tuli kohti mailaa.

Tutkimuksen tekivät australialaisen Cortical Labs -yhtiön edustajat yhdessä University College Londonin ja Monash-yliopiston tutkijoiden kanssa.

Pong oli suosittu videopeli Suomessakin 1970-luvun lopulla. Kahden pelaajan piti vain liikutella ”mailaansa” ja osua palloon – tai kuutioon.

Cortical Labsin tavoite oli todistaa, että eläviä kudoksia voi yhdistää piistä tai muusta aineesta tehtyyn teknologiaan, tässä tapauksessa mikrosiruihin.

Videopeli osoittaa, että hermosolut voivat pienenäkin ryhmänä säätää itseään tiettyyn tehtävään. Ja kun neuronit saavat ympäristöstä palautetta, ne voivat oppia uuden tehtävän.

”Pongia on käytetty yhtenä ensimmäisistä koneoppimisessa käytetyistä peleistä, joten halusimme opettaa juuri sitä”, sanoo Cortical Labsin neurotieteilijä Brett Kagan Science Alert -verkkojulkaisussa.

Biotekniikan kasvuyrityksen kehittämän hermoverkkojärjestelmän nimi on Dishbrain.

Lue lisää: Mitä jos keinotekoiset aivot tajuavat olevansa olemassa? Tutkijat huolestuivat laboratorioissa kasvatetuista miniaivoista

DishBrainIIN tuotettiin ensiksi hiirien alkioista uutettuja aivosoluja ja ihmisen kantasoluista kasvatettuja ihmisen aivosoluja, neuroneja.

Sitten näitä soluja kasvatettiin mikroelektrodien seassa samalla elatusastialla. Syntyi sirujen ja biologisen aineen kooste. Siruilla voitiin aktivoida hermosoluja.

Tunneloivan elektronimikroskoopin kuva viljelmästä, jossa hermosolut kasvoivat piirilevyn päällä kuuden kuukauden ajan.

Pong-pelissä mikroelektrodit mailan molemmin puolin osoittivat, millä puolella mailaa pallo liikkuu. Pallon lähettämien signaalien taajuus puolestaan kertoi, miten etäällä pallo on mailasta.

Neuronit oppivat pelistä palautteiden avulla. Biosirun tuottanut ryhmä kertoi elektrodien välityksellä näille ”miniaivoille” aina myös siitä, jos maila ei saanut osumaa lähestyvään palloon.

”Pakotimme näin biologiset hermosolut muuttamaan toimintaansa. Se johti johonkin, joka muistuttaa älykkyyttä”, Kagan sanoo Cortical Labsin tutkimustiedotteessa.

”Ne pystyvät ottamaan vastaan tietoa ulkoisesta lähteestä, käsittelemään sitä ja vastaamaan reaaliajassa datan perusteella.”

”Miniaivot oppivat itse ilman että niitä olisi opetettu. Ne ovat siis mukautuvat ja joustavat.”

Kaikki tutkijat eivät ole kuitenkaan valmiita puhumaan tässä yhteydessä älykkyydestä.

Cardiffin yliopiston psykologi, tohtori Dean Burnett pitää parempana termiä ”ajatteleva järjestelmä”.

Joka tapauksessa järjestelmä oppi nopeasti. Näkyvää kehitystä havaittiin vain viiden minuutin pelin jälkeen, neurotieteilijät sanovat.

”Miniaivot oppivat itse ilman että niitä olisi opetettu. Ne ovat siis mukautuvat ja joustavat”, sanoo tutkimuksessa mukana ollut University College Londonin professori Karl Friston Britannian yleisradioyhtiölle BBC:lle.

Hänen mukaansa Dishbrain tekee yksinkertaisesti sitä, mitä biologia tekee parhaiten. Se oppii ympäristöstään.

Aivosolujen tehtävä on käsitellä informaatiota reaaliajassa, hän sanoo.

Hermosoluja oli tässä ”videopingiksessä” käytössä vain 800 000. Ihmisen aivoissa hermosoluja on 80–100 miljardia, kaikkine kytkentöineen. Ihmisen aivojen mallintamisesta ollaan siis vielä kaukana.

Mikroskoopin kuva Dishbrain-viljelmästä. Kuvassa on värjättynä hermosoluja ja niiden osia.

Miniaivot voivat ehkä silti auttaa kemistejä ja lääkkeiden tutkijoita.

Dishbrain voisi ehkä auttaa ymmärtämään, miten eri lääkkeet vaikuttavat solujen tasolla aivoissa. Se voi auttaa räätälöimään lääkkeitä.

"Meillä on nyt periaatteessa perimmäinen biomimeettinen eli biologiaa jäljittelevä 'hiekkalaatikko', jossa voi testata lääkkeiden vaikutuksia. Se koostuu täsmälleen samoista hermosolujen elementeistä, joita löytyy nisäkkään aivoista.”

Seuraavaksi tutkijat aikovat selvittää, kuinka Dishbrain osaa pelata Pongia huumeiden vaikutuksen alaisena tai humalassa.

Alkeellinen hermosto saa esimerkiksi annoksen etanolia. Kagan veikkaa, että sen olo huononee, ja sitä myötä myös pelattu peli. Tarkkaavaisuus kärsii.

Miniaivoja kasvatettiin ensimmäistä kertaa vuonna 2013 mikrokefalian tutkimuksessa. Se on geneettinen häiriö, jossa aivot jäävät liian pieniksi.

Miniaivoja on sittemmin käytetty aivojen kehityksen tutkimukseen.

Nyt miniaivot kytkettiin ensi kertaa ulkoiseen ympäristöön, tässä tapauksessa videopeliin siten, että ne olivat vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa.

Osaston uusimmat

Osaston luetuimmat