Учені почали створювати роботів з власною нервовою системою: на що здатні нейроботи
- Учені з Університету Тафтса та Інституту Вісса створили нейроботів з власними нервовими системами, здатними до складних форм поведінки.
- Нейроботи демонструють складні траєкторії руху та активність, а також можуть реагувати на світлові подразники, відкриваючи можливості для майбутніх застосувань у біологічних машинах.
Сучасна наука стерла межу між живим організмом та механізмом, представивши світу нейроботів. Ці крихітні структури, створені з клітин ембріонів, демонструють здатність до самоорганізації та складних форм поведінки, які раніше вважалися неможливими для штучних біологічних систем.
Як функціонує механізм з власною нервовою системою?
Дослідники з Університету Тафтса та Інституту Вісса зробили прорив у галузі синтетичної біології, створивши нейроботів – удосконалену версію раніше відомих ксеноботів. Основою для цих живих машин стали клітини гладкої шпорцевої жаби (Xenopus laevis). Якщо попередні моделі, відомі як біоботи, складалися переважно з клітин шкіри та були здатні до простих переміщень, то нове покоління отримало повноцінні нервові тканини, пише SciTechDaily.
Дивіться також Максимально дивні: учені випустили на вулицю роботів, повністю створених штучним інтелектом
Процес створення нейробота починається з вилучення клітин ектодерми з ембріона на стадії бластули. Ці клітини природним чином збираються в сферичні структури, вкриті віями – мікроскопічними волосками, які забезпечують рух у водному середовищі.
Ключовою інновацією стало введення кластерів нейральних клітин-попередників у центр майбутньої структури під час її формування. Протягом короткого часу ці клітини розвиваються в зрілі нейрони, що проростають крізь тіло нейробота, формуючи аксони та дендрити.
Анатомічні дослідження за допомогою мікроскопії підтвердили, що нейрони всередині нейроботів не просто існують, а й створюють складні мережі. Вчені виявили білкові маркери, пов'язані з синапсами – місцями контакту, через які відбувається передача сигналів. Використання методу візуалізації кальцію дозволило зафіксувати електричну активність нейронів у реальному часі, що доводить їхню функціональність у складі живого механізму.
Як нервова система змінює роботів
Наявність нервової системи радикально змінила фізичні та поведінкові характеристики організмів. Нейроботи виявилися значно більшими та довшими за своїх безнервових попередників. Їхня траєкторія руху стала складнішою: замість простих ліній або кіл вони демонструють заплутані візерунки, що нагадують малюнки медичного спірографа. Більше того, нейроботи виявляють вищу активність і значно рідше залишаються нерухомими.
Щоб перевірити вплив нейронної активності на поведінку, дослідники застосували пентилентетразол (ПТЗ) – препарат, що викликає судоми у хребетних. Реакція нейроботів на цю речовину суттєво відрізнялася від реакції звичайних біоботів. Більшість нейроботів збільшила складність своїх рухів, тоді як біоботи, навпаки, стали менш активними. Це свідчить про те, що сформовані нейронні мережі активно керують поведінкою штучних організмів.
Аналіз генної активності приніс іще більше несподіванок. У нейроботів зафіксували активацію генів, відповідальних за розвиток нервової системи та передачу сигналів між синапсами.
Найбільш вражаючим стало виявлення активності генів, пов'язаних із візуальним сприйняттям, зокрема тих, що відповідають за роботу світлочутливих клітин очей. Це відкриває перспективу створення нейроботів, здатних бачити та реагувати на світлові подразники в майбутньому.
Цікавим аспектом дослідження, яке опублікували в Advanced Science, став транскриптомний зсув у бік "давніх" генів. Більше 54 відсотків генів, активність яких посилилася в нейроботах, належать до категорій найбільш древніх генетичних структур, спільних для всіх живих організмів. Це вказує на те, що нові комбінації клітин можуть активувати еволюційну пам'ять, яка не проявляється в стандартних умовах розвитку організму.
Скільки вони живуть
Нейроботи здатні виживати автономно протягом 9 – 10 днів, використовуючи внутрішні запаси поживних речовин ембріональних клітин. Вони не потребують зовнішніх каркасів або генетичної модифікації, залишаючись повністю біологічними одиницями.
Подальше вивчення цих систем може дати відповіді на фундаментальні питання про те, як нервові мережі організовуються без попередньої еволюційної історії. Ця платформа обіцяє значні досягнення в регенеративній медицині та створенні розумних біологічних машин, здатних виконувати корисні завдання в організмі людини або в навколишньому середовищі.