Zvětšit obrázek

To co na první pohled vypadá jako pánská ochrana v petriho misce, je ve skutečnosti nervová síť korových neuronů, pěstovaná na systému elektrod.

Vědci tvrdí, že jsou schopni vytvořit mozkovými buňkami řízené protézy a živé počítače řídící bezpilotní letadla.
Pomocí pokusů s neuronovými sítěmi dešifrují základní pravidla jak  nervová síť funguje a jsou přesvědčeni, že to povede k  vytvoření nových počítačových systémů, které budou pracovat v nebezpečných situacích, při záchranných akcích a to vše bez přítomnosti lidí. Sledování vzájemné spolupráce buněk  muže přispět i k neinvazivní léčbě nervových poruch jakou je například epilepsie.

Thomas DeMarse

Thomas DeMarse
je profesorem na  University of Florida , zabývá se biomedicinským inženýrstvím a jeho poslední pokus se udál následovně:
Na dno skleněné misky vložil rošt tvořený mnoha řadami elektrod. Vzniklou  mřížku pokryl neurony z kůry mozkové potkana a omýval je živným roztokem. Buňky se začaly „družit“ a zpočátku se shlukovaly jako samostatná plovoucí zrnka. Poté buňky protáhly svoje mikroskopiscká vlákna a začaly se mezi sebou propojovat  až se postupně zformovaly v nervovou soustavu, jakýsi minimozek, o němž se DeMarse vyjadřuje jako o  „živém computerizovaném zařízení“.
Výzkumníci "pěstovali" na roštu se šedesáti elektrodami  přibližně 25 000 buněk. Síť elektrod, na které nervové buňky rostly, dovolovala měřit signály, které jednotlivé neurony produkovaly a také umožnila sledovat, jake signály si buňky po svých propojených vláknech posílaly. Spojení mezi sebou nervové buňky obnovily již několik hodin poté, co byly na síť "vysazeny".

Pomocí této sítě elektrod mohli vědci buňky tohoto „minimozku“ také v místech vyústění elektrod stimulovat. To znamená, že elektrody plnily funkci dvousměrného styčného propojení, jemuž se v počítačové hantýrce říká interface. Zmíněným připojením k nervové síti mohli vědci buňky posílat impulsy – stimulovat je – tedy zavádět jim do sítě informaci. Síť neuronů na impulsy reagovala a vědci tak mohli vyhodnocovat odpovědi.

Může se nervová síť něco naučit?

DeMarse vyšel z předpokladu, že jím vytvořená síť neuronů se může učit stejným způsobem, jako se učí mozek lidský. A protože není žádný troškař, připojil síť na letecký trenažér - počítačový simulátor jedné z nejmodernějších stíhaček.  Když  systém poprvé spustil, neurony pochopitelně nereagovaly adekvátně. „Neměly žádnou zkušenost“, a jak říká, “Během času jsme  stimulacemi modifikovali jejich odpovědi tak, že neuronová síť byla po krátkém zapracování schopna  přenášet vzruchy a "řídit letadlo“.  DeMarse  veřejnosti předvedl, že nervová síť byla schopna reagovat na podněty a vysílat signály potřebné ke korekci směru letu a k udržení letové hladiny.

Zvětšit obrázek

Potkaní neurony, pěstované na síti 60 elektrod, pomocí kterých jsou spojeny s počítačem a přes něj na simulátor letu, dokáží "uřídit" stíhačku F22.

Podle DeMarse jsou nyní výsledky pokusů s nervovou sítí tak daleko, že toto jeho zařízení  může  s letadlem opravdu letět. Nejen že dokáže udržovat směr a hladinu letu, ale dokáže přenést informace které vyžaduje přistání a pojíždění po ranveji. To vše je údajně schopen doložit výsledky pokusů, kdy „hybrota“ připojil na trenažér a simuloval povětrnostní podmínky od klidného počasí s blankytně modrou  oblohou až po hurikán.

Představa  mozkem řízeného aeroplánu zní jako pohádka. Je to však výsledek práce, která zabrala vědcům více než deset let. Zlom nastal v roce 1993, kdy tým pracovníků zkonstruoval první „hybrot“.

Hybrot  je v hantýrce vědců termín používaný pro hybridní robot, kterýžto přístroj se sestává z hardware, počítačového software a neuronů potkana a inkubátoru sloužícího jako pomocný prostředek pro vytvoření vhodného prostředí pro neurony.
Není to jediný případ, kdy nervové buňky potkana řídily nějakou činnost a samy sebe kontrolovaly, jak jsou jejich příkazy vykonávány. Jeden z prvních hybrotů byl naprogramovaný tak, aby odpovídal na podněty a řídil kola na podvozku  připomínajícím hračku - robota pro děti.

Zvětšit obrázek

F22 je jedinné letadlo, které dokáže letět nadzvukovou rychlostí bez forsáže a je vybaveno nejmodernější technikou „neviditelnosti“ stealth.

Minulý rok vědci z USA a Australie zase použili podobné neurony  k řízení robotické ruky. Tehdy se jednalo o „mozek“ složený z 50 000 nervových buněk potkana. Byl vypěstován na křemíkovém čipu v laboratoři v americké Atlantě. Při jednom z okázalých pokusů určených veřejnosti  tento vypěstovaný“mozek“ řídil robotickou ruku  přes oceán. Ruka se nacházela až v australském Perthu. Tam reagovala na signály z „mozku“ a podle nich malovala čáry různými směry a různými barvami. Zpětně byly nervové buňky informovány o tom, zda byl jejich pokyn vyřízen či nikoli pomocí signálů z kamery, která pohyb kreslící „ruky“ snímala a výsledek v podobě elektrických impulsů předávala po internetu zpět k buňkám „sedícím“ si na skleněném čipu v americké laboratoři.   Media tehdy psala o „téměř živém umělci“ a vědci hodnotili inteligenci zařízení úrovní tříletého dítěte. Fotografie a informaci jsme tehdy zveřejnili i u nás na Oslovi. 

Je výzkum nervových sítí k něčemu?

Zvětšit obrázek

Pohled z trenažéru F22. Podle DeMarse korové neurony v síti komunikují natolik, že jsou schopny s bojovou stíhačkou zvládnout i přistání a pojezd na stojánku. Cílem těchto pokusů je ale podle něj co nejvíce pochopit nervové pochody v mozku a jeho možnosti.

Steven Potter, docent biomediciny na  universitě Georgia Tech je výzkumník, který řídil „projekt živého umělce“, kdy buňky potkana malovaly barevné obrázky p5es oceán. Je tedy z oboru a ten je přesvědčen že DeMarseovy pokusy jsou velmi významné a prohlašuje, že jeho směr výzkumu povede k celé řadě důležitých poznatků.

 Otázkou je, nakolik jsou Potterovy pokusy humbukem pro získání dalších státních peněz na zahájený projekt a na kolik seriózní cesta, která povede  k  prakticky využitelným poznatkům.

Podle DeMarse to je teprve začátek. Jen špička ledovce nových, a v mnoha směrech ani netušených, možností.

Závěr Osla
 V srpnu loňského roku měla síť uměle pěstovaných neuronů potkana „schopnosti“ na úrovni tříletého dítěte. Dnes, to jest po necelých čtrnácti měsících, je již hybrot schopen plnit některé úkoly pilota vojenského bojového letounu. Půjde-li to tak dál, tak příští rok, někdy kolem apríla, by se mohla stát reálnou myšlenka náhrady dalších důstojnických mozků.

Pramen: University of Florida