Китайские учёные из Тяньцзиньского и Южного научно-технологического университетов создали робота с выращенным в лабораторных условиях искусственным мозгом, которого можно обучить выполнять различные задачи. Исследователи создали «мозг-на-чипе», объединяющий органоид мозга (ткань из стволовых клеток человека) с чипом нейронного интерфейса, который приводит робота в действие, учит его избегать и преодолевать препятствия, а также захватывать предметы.

Источник изображения: Tianjin University

Разработка китайских учёных относится к развивающейся отрасли интерфейсов «мозг-компьютер» (BCI), целью которой является объединение электрических сигналов живого мозга с внешней вычислительной мощностью. По данным Тяньцзиньского университета, это «первая в мире интеллектуальная сложная система информационного взаимодействия с открытым исходным кодом», которая может привести к развитию вычислений, имитирующих сложные функции человеческого мозга.

«Это технология, которая использует культивированный in vitro "мозг" (органоиды мозга) в сочетании с электродным чипом для формирования мозга на чипе», который может кодировать и декодировать сигналы обратной связи от стимуляции, рассказал в разговоре с изданием Science and Technology Daily Минг Донг (Ming Dong), вице-президент Тяньцзиньского университета.

Технология BCI привлекла широкое внимание благодаря поддерживаемому Илоном Маском (Elon Musk) проекту Neuralink. Данный проект создал имплантируемые в человеческий мозг интерфейсы, позволяющему пациентам управлять устройствами только с помощью мысли. По словам учёных из Тяньцзиньского университета, их исследования могут привести к созданию гибридного интеллекта человека и робота.

Органоиды мозга состоят из плюрипотентных стволовых клеток человека, которые обычно встречаются только у ранних эмбрионов и могут развиваться в различные виды тканей, включая нервные ткани. При трансплантации в мозг они могут устанавливать функциональные связи с мозгом хозяина, пишет команда Тяньцзиньского университета в неотредактированной статье, опубликованной в рецензируемом журнале Oxford University Press Brain в прошлом месяце.

«Трансплантация органоидов человеческого мозга в живой мозг — это новый метод улучшения развития и функционирования органоидов. Органоидные трансплантаты имеют функциональную сосудистую систему, полученную от хозяина, и демонстрируют ускоренное созревание», — пишет команда исследователей.

По словам профессора Тяньцзиньского университета Ли Сяохуна (Li Xiaohong), хотя органоиды мозга считаются наиболее многообещающей моделью базового интеллекта, технология по-прежнему сталкивается с «узкими местами, такими как низкая зрелость развития и недостаточное снабжение питательными веществами», рассказал он изданию Science and Technology Daily.

В своей статье исследователи сообщили, что разработали метод использования ультразвука низкой интенсивности, который помогает органоидам лучше интегрироваться и расти в мозге. Команда обнаружила, что обработка трансплантатов органоидов ультразвуком низкой интенсивности улучшает дифференцировку органоидных клеток в нейроны и помогает улучшить связи, которые они образуют с мозгом хозяина. По мнению исследователей, этот метод может также привести к созданию новых методик лечения нарушений нервного развития и восстановления повреждений коры головного мозга.

«Трансплантация органоидов головного мозга считается многообещающей стратегией восстановления функций мозга путём замены утраченных нейронов и реконструкции нервных цепей», — пишет команда специалистов.

Исследователи отмечают, что использование ультразвука низкой интенсивности на имплантированных органоидах головного мозга может улучшить нейропатологические дефекты в тестах на мышиной модели микроцефалии — расстройства нервного развития, характеризующегося уменьшением размеров мозга и головы. В университете также заявили, что использование командой неинвазивной ультразвуковой обработки низкой интенсивности может помочь нейронным сетям формироваться и развиваться, обеспечивая лучшую основу для вычислений.

4 мая группа китайских учёных под руководством профессора Дуань Фэна (Duan Feng) из Нанкайского университета впервые в мире провела успешный эксперимент по подключению интервенционного интерфейса мозг-компьютер (BCI) к мозгу нечеловекообразной обезьяны. До этого подобные эксперименты учёные проводили на овцах.

Источник изображений: news.nankai.edu.cn

В проведении эксперимента также участвовали специалисты больницы общего профиля Народно-освободительной армии Китая и медицинской фирмы Shanghai HeartCare Medical Technology Co. В ходе операции учёные с помощью минимально инвазивной хирургии без краниотомии (трепанации черепа) провели датчики через сосуды мозга и сагиттальный синус, достигнув моторной коры мозга обезьяны. Это позволило идентифицировать и собирать сигналы электроэнцефалограммы (ЭЭГ), благодаря чему животное смогло осуществлять активное управление роботизированной рукой.

В отличие от американской компании Neuralink, работающей над созданием интерфейса мозг-компьютер (BCI) инвазивным методом, технология китайских учёных не требует трепанации черепа, менее травматична и более безопасна для пациента. Эндоваскулярная хирургия представляет собой способ вмешательства без скальпеля, когда доступ к органу осуществляется через сосуды. По словам профессора Фэна, результаты эксперимента способствовали продвижению интервенционного интерфейса мозг-компьютер от лабораторных перспективных исследований к клиническому применению.

Интервенционный BCI, наряду с инвазивным и неинвазивным BCI, входит в число трёх основных технологий, находящимися в стадии исследований и разработок (НИОКР) в этом сегменте биологических наук. Интервенционный BCI, позволяющий соединить мозг с компьютером с помощью минимального хирургического вмешательства, наносит меньше вреда, чем инвазивная технология, обеспечивая при этом лучшее качество регистрации ЭЭГ, чем неинвазивная технология.

По сравнению с традиционным инвазивным и неинвазивным BCI, интервенционный BCI сочетает в себе стабильность распознавания сигналов и безопасность, сообщил Фэн агентству Синьхуа.

«Успех первого испытания на животных — это прорыв от нуля к единице, но достижение успеха в клинике — это процесс от 1 до 100, поэтому нам еще предстоит пройти долгий путь», — заявил газете Beijing Daily участвовавший в эксперименте нейрохирург Ма Юнцзе (Ma Yongjie) из больницы Xuanwu Hospital при медицинском университете Capital Medical University.