Ученые начали создавать роботов с собственной нервной системой: на что способны нейроботы

Как функционирует механизм с собственной нервной системой?

Исследователи из Университета Тафтса и Института Висса совершили прорыв в области синтетической биологии, создав нейроботов – усовершенствованную версию ранее известных ксеноботов. Основой для этих живых машин стали клетки гладкой шпорцевой лягушки (Xenopus laevis). Если предыдущие модели, известные как биоботы, состояли преимущественно из клеток кожи и были способны к простым перемещениям, то новое поколение получило полноценные нервные ткани, пишет SciTechDaily.

Смотрите также Максимально странные: ученые выпустили на улицу роботов, полностью созданных искусственным интеллектом

Процесс создания нейробота начинается с извлечения клеток эктодермы из эмбриона на стадии бластулы. Эти клетки естественным образом собираются в сферические структуры, покрытые ресничками – микроскопическими волосками, которые обеспечивают движение в водной среде.

Ключевой инновацией стало введение кластеров нейральных клеток-предшественников в центр будущей структуры во время ее формирования. В течение короткого времени эти клетки развиваются в зрелые нейроны, прорастающие сквозь тело нейробота, формируя аксоны и дендриты.

Анатомические исследования с помощью микроскопии подтвердили, что нейроны внутри нейроботов не просто существуют, но и создают сложные сети. Ученые обнаружили белковые маркеры, связанные с синапсами – местами контакта, через которые происходит передача сигналов. Использование метода визуализации кальция позволило зафиксировать электрическую активность нейронов в реальном времени, что доказывает их функциональность в составе живого механизма.

Как нервная система меняет роботов

Наличие нервной системы радикально изменило физические и поведенческие характеристики организмов. Нейроботы оказались значительно больше и длиннее своих безнервных предшественников. Их траектория движения стала более сложной: вместо простых линий или кругов они демонстрируют запутанные узоры, напоминающие рисунки медицинского спирографа. Более того, нейроботы проявляют более высокую активность и значительно реже остаются неподвижными.

Чтобы проверить влияние нейронной активности на поведение, исследователи применили пентилентетразол (ПТЗ) – препарат, вызывающий судороги у позвоночных. Реакция нейроботов на это вещество существенно отличалась от реакции обычных биоботов. Большинство нейроботов увеличило сложность своих движений, тогда как биоботы, наоборот, стали менее активными. Это свидетельствует о том, что сформированные нейронные сети активно управляют поведением искусственных организмов.

Анализ генной активности принес еще больше неожиданностей. У нейроботов зафиксировали активацию генов, ответственных за развитие нервной системы и передачу сигналов между синапсами.

Наиболее впечатляющим стало выявление активности генов, связанных с визуальным восприятием, в частности тех, отвечающих за работу светочувствительных клеток глаз. Это открывает перспективу создания нейроботов, способных видеть и реагировать на световые раздражители в будущем.

Интересным аспектом исследования, которое опубликовали в Advanced Science, стал транскриптомный сдвиг в сторону "древних" генов. Более 54 процентов генов, активность которых усилилась в нейроботах, принадлежат к категориям наиболее древних генетических структур, общих для всех живых организмов. Это указывает на то, что новые комбинации клеток могут активировать эволюционную память, которая не проявляется в стандартных условиях развития организма.

Сколько они живут

Нейроботы способны выживать автономно в течение 9 – 10 дней, используя внутренние запасы питательных веществ эмбриональных клеток. Они не нуждаются во внешних каркасах или генетической модификации, оставаясь полностью биологическими единицами.

Дальнейшее изучение этих систем может дать ответы на фундаментальные вопросы о том, как нервные сети организуются без предварительной эволюционной истории. Эта платформа обещает значительные достижения в регенеративной медицине и создании умных биологических машин, способных выполнять полезные задачи в организме человека или в окружающей среде.