Geometrijska možganska snov iz laboratorija

Ali si pri ustvarjanju nevronskih mrež lahko pomagamo z geometrijo?
Fotografija: Posamezen nevron na mikroplošči in dva bližnja, fizično povezana nevrona.
Odpri galerijo
Posamezen nevron na mikroplošči in dva bližnja, fizično povezana nevrona.

Da, na gornje vprašanje odgovarjajo raziskovalci s tokijske univerze, ki so naredili še nekaj bistvenih korakov naprej: razvili so tehniko za rast in povezavo posameznih nevronov, in to prav z uporabo geometrijskih vzorcev – zato, da lahko nevrone natančneje usmerjajo od celice do celice. Opisali so jo v članku z zelo opisnim naslovom: Zbiranje in povezava posameznih nevronov, organiziranih v mikrovzorce, za oblikovanje nevronske mreže. Objavljen je v reviji Micromachines, namenjeni molekularnim strojem.

Kot poročajo, jim je do zdaj uspelo ustvariti preprosto možgansko snov. To so dosegli z uporabo kultur, gojenih in vitro, to je procesa, v katerem nevroni rastejo naključno in se zgrinjajo v skupke. Povezave med njimi so naključne, zato je možgansko tkivo težko proučiti, priznavajo raziskovalci. Vendar pojasnjujejo: »Modeli kulture in vitro so pri ustvarjanju nevronskih mrež ključni, saj omogočajo približevanje razmeroma preprostih nevronskih omrežij in jih je pri tem mogoče eksperimentalno nadzorovati.« Avtor študije Šotaro Jošida še poudarja: »Ti modeli so že desetletja imeli pomembno vlogo na tem področju, težava pa je, da jih je bilo do zdaj težko ali nemogoče nadzorovati, saj se nevroni pogosto naključno povezujejo. Prav oblikovanje metode za sintezo mrež nevronov na bolj nadzorovan način – v našem primeru z uporabo določene geometrijske oblike – bo verjetno omogočilo velik napredek v razumevanju možganov.«

Pri novi metodi se nevroni povezujejo z uporabo geometrijskih vzorcev. Tako ustvarjena preprosta možganska snov prvič ni naključna. FOTO: Getty Images/Istockphoto
Pri novi metodi se nevroni povezujejo z uporabo geometrijskih vzorcev. Tako ustvarjena preprosta možganska snov prvič ni naključna. FOTO: Getty Images/Istockphoto


Kot ponvice z dodatnimi ročaji


Jošida je s sodelavci proučeval vedenje nevronov in ugotovil, da bi jih lahko pripravili do tega, da bi se z uporabo določene oblike mikroskopskih plošč iz »sintetičnega nevronskega lepila« povezovali med seboj. To je slikovito opisal: »Nevroni so videti kot majhne ponve z dodatnim ročajem. Ko se znajdejo na mikroplošči, se celično telo nevrona naseli na srednji krožni del, akson in dendriti – to so veje, podaljški, s katerimi se nevroni sporazumevajo med seboj – pa rastejo v dolžino vzdolž pravokotnika.« Raziskovalci so nato te nevrone povezali in preverjali, ali se bodo res sprožili hkrati, kot so predvidevali. »Pri tem je bilo zlasti pomembno, da smo lahko nadzorovali, kako so se povezali,« pojasnjuje Jošida.

Kako so to dosegli? »Mikroplošče smo zasnovali tako, da jih je mogoče premikati. S potiskanjem teh plošč naokoli smo lahko fizično približali dva nevrona, ko sta bila skupaj, pa preverili, ali sta si izmenjala signal.« Eksperiment je pokazal, da je bila njihova domena pravilna in da so našli metodo, kako nadzorovano povezati dva nevrona. »Kolikor vemo, smo prvi uporabili mobilno mikroploščo za morfološko vplivanje na nevrone in oblikovanje funkcionalnih povezav med njimi,« je Jošido dopolnil njegov sodelavec Šoji Takeuči. »Pričakujemo, da bomo s to tehniko sčasoma lahko oblikovali preproste nevronske mrežne modele z enoceličnimi ločljivostmi. To je vznemirljiv obet, saj odpira nove raziskovalne poti, ki pri našem trenutnem naboru eksperimentalnih orodij še niso mogoče.«

Do oblikovanja možganov je seveda še nepredstavljivo dolga pot, kljub temu pa je ta dosežek prvi mali korak k bolj zapletenim nevronskim mrežam.

Komentarji: