Organiczny komputer z połączonych mózgów

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Naukowcy połączyli elektronicznie mózgi par szczurów. Dzięki temu zwierzęta mogły sobie przekazywać informacje dotykowe i ruchowe, by rozwiązać proste zadania behawioralne. Gdy mikroelektrody zastąpiono światłowodem, udało się połączyć mózgi gryzoni z różnych kontynentów: z Durham w Północnej Karolinie i Natal w Brazylii. Uzyskane wyniki pozwalają wierzyć, że w przyszłości będzie można łączyć wiele mózgów, uzyskując komputery organiczne.

Wcześniejsze badania nad interfejsem mózg-maszyna przekonały nas, że szczurze mózgi są bardziej plastyczne niż sądzono. W czasie tych eksperymentów mózg szczura szybko się przystosowywał, by zaakceptować dane wejściowe z zewnętrznego urządzenia. [...] Zadaliśmy więc sobie pytanie: "Skoro mózg asymiluje sygnały ze sztucznych sensorów, czy zasymilowałby także wprowadzanie informacji z czujników z innego ciała?" - opowiada dr Miguel Nicolelis z Duke University.

Poszukując odpowiedzi, najpierw trenowano pary szczurów, by naciskały dźwignię, nad którą zapalała się lampka. Nagrodą był łyk wody. Później mózgi zwierząt połączono za pomocą macierzy mikroelektrod. Wszczepiano je w rejonach przetwarzających informacje ruchowe. Jeden z gryzoni miał być ogniwem szyfrującym. To jemu pokazywano, którą dźwignię pociągnąć w zamian za wodę. Gdy szczur zrobił, co do niego należało, próbkę aktywności decyzyjnej jego mózgu tłumaczono na wzorce stymulacji elektrycznej i przekazywano bezpośrednio do mózgu drugiego zwierzęcia (dekodera).

W klatce dekodującego szczura umieszczano identyczny zestaw dźwigni, ale nie zapalało się żadne światełko, które sugerowałoby, co zrobić, by dostać wodę. Zwierzę musiało więc polegać na wskazówkach przekazywanych w ramach interfejsu mózg-mózg.

Naukowcy przeprowadzili próby, które miały pokazać, jak zwierzęta dekodujące radzą sobie z danymi z innego mózgu. Okazało się, że maksymalny wskaźnik sukcesu sięgał ok. 70% (z teoretycznych wyliczeń wynikało, że odsetek ten mógłby wynosić maksymalnie 78%).

Związek między szczurami był 2-stronny. Jeśli dekoder podjął złą decyzję, gryzoń kodujący nie dostawał całej nagrody. Widzieliśmy, że gdy szczur dekodujący popełnił błąd, szczur kodujący zmieniał zarówno aktywność swojego mózgu, jak i zachowanie, aby ułatwić partnerowi działanie. Koder poprawiał stosunek sygnału do szumu, tak aby sygnał mózgowy był czystszy i prostszy do wykrycia. Dodatkowo wybierając dźwignię, podejmował szybsze i bardziej klarowne decyzje. Gdy gryzoń kodujący wprowadził te zmiany, ogniwo dekodujące częściej działało prawidłowo, więc wszyscy byli bardziej nagradzani - wyjaśnia Nicolelis.

W drugiej części studium szczury uczono rozróżniania szerokich i wąskich szpar za pomocą wibryssów. Gdy otwór był wąski, należało naciskać pyskiem pojnik z lewej strony klatki. Kiedy szpara okazywała się szeroka, po wodę trzeba się było udać do wodopoju z prawej strony terrarium.

Zwierzęta ponownie podzielono na 2 grupy. Szczury dekodujące zaczynały kojarzyć podawane im pulsy z koniecznością stukania pyskiem w lewy port, a brak stymulacji z obecnością wody w prawym pojniku. Podczas testów szczur kodujący badał wąsami szerokość otworu, a jego wybory przekazywano partnerowi. Wskaźnik sukcesu sięgał 65%.

Oceniając ewentualne ograniczenia odległościowe transmisji, zespół umieścił szczura kodującego w Edmond and Lily Safra International Institute of Neuroscience of Natal (ELS-IINN), a zwierzę dekodujące w Durham w USA. Dane przekazywano za pośrednictwem Internetu. Choć zwierzęta przebywały na różnych kontynentach, przez co przekaz zakłócał szum i opóźnienia, nadal mogły się porozumiewać [ i przeprowadzać dyskryminację dotykową] - opowiada dr Miguel Pais-Vieira.

Nicolelis dodaje, że dekodujący mózg działa jak urządzenie rozpoznające wzorce. Zasadniczo tworzymy więc rozwiązujący zadania organiczny komputer. W tym przypadku nie wprowadzamy jednak instrukcji, ale sygnał reprezentujący decyzje kodującego zwierzęcia. Jest on przesyłany do mózgu dekodera, który musi odkryć, jak rozwiązać zagadkę. Tworzymy zatem pojedynczy ośrodkowy układ nerwowy z 2 szczurzymi mózgami.

Amerykanie i Brazylijczycy próbują teraz połączyć większą liczbę mózgów, by w ten sposób rozwiązywać bardziej złożone zadania. Teoretycznie połączenie wielu mózgów mogłoby generować rozwiązania niedostępne dla indywidualnych mózgów. Taka sytuacja może też oznaczać przyswojenie sobie tożsamości innych osobników. Faktycznie nasze badania kory czuciowej szczurów dekodujących pokazały, że mózg zaczynał w niej reprezentować nie tylko swoje wibryssy, ale i wąsy zwierzęcia kodującego. Odkryliśmy neurony reagujące na oba zestawy wibryssów, co oznacza, że na swojej własnej szczur wytworzył reprezentację drugiego ciała.