Robotok patkányaggyal
Az idegsejteket vizsgáló kutatók ezzel az eljárással egy lépéssel közelebb juthatnak az agyban lejátszódó folyamatok jobb megismeréséhez, és olyan betegségek megértéséhez, mint az Alzheimer-kór, a Parkinson-kór vagy az epilepszia.
A kísérleti állatok agyának vizsgálata valósabb eredményeket mutathat, mint egy laboratóriumban hetekig tenyésztett sejtkultúra kutatása, ám az utóbbinak is megvannak a maga előnyei. Például könnyebben hozzáférhető és tanulmányozható. Ezt használják ki azok a kutatók, akik virtuális és valós robotok segítségével próbálják megfigyelni, hogy a sejtkultúrákban lévő idegsejtek külső ingerület hatására milyen elektromos jeleket bocsátanak ki, és ezzel hogyan irányítanak egy robotot - például annak mozgását.
Az "animat", vagyis az állati idegsejtek által irányított robot ma már számos kutatócsoport fő kísérleti területe.
A mesterséges agy "elkészítése" egyszerű: a patkányembrióból eltávolítják az agykérget, majd speciális enzimek segítségével az idegsejteket szétválasztják egymástól. Az így kapott neuronok vékony rétegét egy táplálékban gazdag médiumba teszik, amely egy elektróda "halmazzal" érintkezik (ennek száma műszerfüggő, legyen, mondjuk 80 elektróda). Ebben a közegben az idegsejtek ismét kapcsolatba kerülnek egymással, nyúlványokat növesztve a szomszédos sejt felé. "Lenyűgöző folyamat - mondja el Steve Potter, az atlantai Georgia Institute of Technology kutatója, egyike az első olyan neurobiológusoknak, akik az idegsejtekkel irányított robotok kifejlesztésében részt vettek. - Az idegsejtek bármilyen körülmények között újra kapcsolódnak egymáshoz, feltéve, ha az adott közeg nem pusztítja el őket."
Mintegy öt nap múlva elektromos aktivitás tapasztalható a sejtek között, amint a neuronok jeleket bocsátanak ki az addigra már kialakult nagy axon és dendrit hálózatban. Látszólag véletlenszerű elektromos kisülések tapasztalhatók az egyes neuronokon, de az is előfordul, hogy úgynevezett burst jön létre, azaz sok idegsejt, vagy akár az összes egyszerre bocsát ki elektromos impulzust, vagyis "tüzel".
Amikor a sejtkultúra készen áll a bevetésre, az azzal érintkező elektróda mátrix (Multielectrode Array, MEA) segítségével a sejtek elektromos jeleket kapnak, s ugyanezzel a műszerrel egyben a neuronok által kibocsátott elektromos impulzusokat is tudják regisztrálni a kutatók. Ebből kiderül, hogy az egyes stimulálásokra hogyan reagálnak az idegsejtek, vagyis milyen utasítást adnak a robot, azaz a test felé.
A kutatók célja eredetileg annak az elérése volt, hogy a robot ismételt mozgást végezzen az általuk küldött jelek hatására, és az agyat kémiai, elektromos és fizikai úton változtatva a robot irányítását befolyásolni tudják. Ezzel azt remélik, hogy egyes betegségek okait és hatásait jobban tudják majd vizsgálni.
Az egyes elemek közötti kapcsolatot úgy oldották meg, hogy az idegsejtek felé egy ultrahangos szenzor segítségével továbbították az elektromos jeleket, a sejtkultúrát tartalmazó irányító "egységet" testhőmérsékleten tartották egy nagyjából mikrosütő nagyságú műszerben, és a robottal Bluetooth-kapcsolatot hoztak létre.
Vegyünk egy példát: ha az ultrahangos szenzor egy 1 voltos jellel azt "kommunikálja" a neuronok felé, hogy a robot kerülje ki az előtte álló falat, és a neuronok egy bizonyos csoportja erre a jelre mindig egy 100 voltos elektromos impulzust produkál, akkor ez az utóbbi jel felhasználható a robot adott irányba való mozgatására.
A kutatók következő lépésként szeretnék megfigyelni a neuronok közötti kapcsolatot egy ilyen mozgás után, feltételezvén, hogy azok erősebbek lesznek.
Egy másik fontos lépés lehet, ha sikerül a neuronokat arra "trenírozni", hogy az adott jelekre a megfelelő időben mindig hasonlóan reagáljanak. Az idegsejtek "idomítására" már több kísérlet is folyik. Az eredmények bíztatóak, bár maguk a kutatók is óvatosságra intenek, hiszen az általuk alkalmazott modell sokban nem hasonlít az élő szervezetben lévő agy működéséhez. Ha azonban csak pár százalékkal kerülnek is közelebb ennek segítségével a ma még gyógyíthatatlan Alzheimer-kór vagy akár az epilepszia gyógyításához, már megérte a sok erőfeszítés.
