Японские ученые вырастили 3 «мини-мозга» в чашке Петри и обучили их базовой задаче

Команда нейробиолога Есихо Икэути из Токийского университета вырастила несколько таких органоидов, соединила их в единую сеть и проверила, сможет ли ткань научиться различать, откуда приходит сигнал. Для этого сгустки нервной ткани разместили на чипах с микроэлектродами — они позволяли и подавать разряды, и фиксировать ответную активность. На одни чипы поместили по одному органоиду, на другие — по два, на третьи — по три. Затем чипы оставили на две с лишним недели. За это время нейроны отращивали аксоны — фрагменты нервных клеток, передающие электрический импульс — и налаживали между собой связи. Записи подтвердили, что сгруппированные органоиды действительно образовали работающие сети с синхронной активностью.

На следующем этапе эксперимента ученые в течение двух недель ежедневно подавали электрические разряды в две разные точки органоида. На чипах с одиночным органоидом разряды шли в две зоны одного и того же сгустка. Там, где органоидов было два, стимулировали один, а на втором регистрировали активность. В тройных сетях раздражение получали два органоида, а данные снимали с третьего, нетронутого. Задача состояла в том, чтобы понять, научится ли ткань по-разному отвечать на сигналы из разных источников.

Чтобы это выяснить, ученые применили ИИ: он анализировали картину активности после каждого разряда и пытался определить, какая из двух точек была стимулирована. В начале опыта точки подбирали специально так, чтобы отклики было трудно различить, — алгоритм угадывал источник примерно в половине случаев, то есть на уровне случайного выбора. После двух недель стимуляции картина изменилась. В одиночных органоидах и в парах сигналы по-прежнему оставались неразличимыми. А вот в сетях из трех фрагментов отклики, регистрируемые с третьего органоида, становились все более различимыми: реакции ускорялись, делались стабильнее и четче распределялись в пространстве.

Контрольные тройные сети, которые не подвергали стимуляции, такого улучшения не показали, — значит, дело не в том, что ткань просто еще две недели провела в чашке. Именно повторяющиеся сигналы заставили нейронную сеть перестроиться. Это означает, что сети из трех органоидов освоили крайне примитивную форму обучения. Ее невозможно сравнить с полноценной обработкой информации человеческим мозгом. Но она показывает: чтобы нейронная ткань начала различать источники сигналов, ее необходимо организовать в связанные модули с разными ролями.

«В будущих исследованиях следует сосредоточиться на выявлении потенциальных «узловых клеток» или «центральных нейронов», которые обеспечивают связи внутри органоидов и между ними. Сочетание этого с биохимическим и молекулярным анализом позволит раскрыть механистическую основу изменений синаптической пластичности и связности», — пишут ученые.

Искусственный «мини-мозг» прожил пять лет и сохранил биологические часы

Ученые впервые вырастили в чашке кору мозга с сосудами

Исследование показало, что головной мозг — это два отдельных органа

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX