«Лягушачий робот» создан, чтобы помочь будущему здравоохранению?

Испанский журнал «Очень интересно» статья от 5 апреля, оригинальный заголовок:
Они создали первые биороботы с внедрёнными нейронными клетками, способные самостоятельно производить мозг
Что произойдет, когда граница между робототехникой и биологией станет практически исчезающей?
Появятся ли искусственные монстры, подобные персонажам романа «Франкенштейн»?
В области инженерии жизненных систем недавно проведено исследование, в ходе которого в тело робота были внедрены клетки лягушки,
что позволило создать «биоробота» с собственной нервной системой управления.

Потрясающая пластичность клеток

Недавно, в статье, опубликованной в немецком журнале «Передовые науки»,
ученые из Университета Тфу и Гарвардского университета использовали нейропредшественники клеток —
незрелые клетки, обладающие способностью к самовосстановлению и мультифункциональной дифференцировке,
которые могут дифференцироваться в нейроны, астроциты и олигодендроциты, —
для разработки первых автономных биороботов.
Это исследование не только бросает вызов нашим представлениям о роботах,
но и раскрывает пластичность клеток: нейронные клетки могут расти и развиваться вне естественной среды организма,
строя логические сети.

Основой конструкции этих биороботов стала кожа африканской квакши.
В нормальных условиях эти клетки формируют кожу животного, обеспечивая защитный барьер.
Однако ученые, используя технику синтетической морфологии,
извлекли эти клетки из их исходной среды и повторно их собрали,
превратив в совершенно новую физическую форму, которая работает скоординированно, —
в «биоробота».
Главное отличие этого эксперимента от предыдущих — добавление «умных» элементов:
предшественников нейронов.
Когда эти нейронные клетки внедряются в тело биоробота,
происходит процесс самосборки, похожий на научно-фантастический роман.
Внедренные нейроны постепенно созревают,
расширяют свои аксоны и дендриты,
формируя функциональные синапсы внутри искусственно созданного тела.
Клетки самостоятельно исследуют новую среду, ищут соседние клетки,
и создают сеть электрических сигналов, —
а не соединяются по одному под руководством инженеров под микроскопом.

Нейронная сеть — не просто украшение

Чтобы понять механизмы работы на молекулярном уровне,
ученые применили технологию, называемую секвенированием РНК.
Эта технология позволяет наблюдать, какие гены внутри клеток биоробота
активируются или «включаются» в определённое время.
Результаты исследования привели к неожиданному техническому открытию,
заставившему нас пересмотреть понимание восприятия в синтетической биологии.

Исследование выявило неожиданный факт о восприятии у этих организмов.
Несмотря на отсутствие глаз или головной структуры,
эти биороботы могут самостоятельно активировать гены, связанные с визуальным восприятием.
Этот феномен показывает, что нейроны сохраняют некую память о своем происхождении,
или, говоря иначе, когда они обнаруживают себя в новой структуре тела,
они пытаются активировать сенсорные пути для интерпретации окружающей среды.
Это свидетельствует о том, что даже при отсутствии традиционных органов чувств,
жизнь постоянно ищет новые способы восприятия мира.
Чтобы подтвердить, что эта нейронная сеть — не просто структурное «украшение»,
команда из Гарварда и Тфу использовала технологию кальциевой визуализации.
Эта визуализирующая технология позволяет ученым в реальном времени
наблюдать за запуском и способом передачи электрических сигналов между клетками.
Добавляя флуоресцентные индикаторы, реагирующие на поток кальциевых ионов,
ученые смогли наблюдать «общение» между этими нейробиороботами.

Возможная система управления с синтетическими мышцами

Высокоточные микроскопы подтвердили наличие логической сети.
Кальциевая визуализация показала существование синхронных электрических импульсов,
координирующих поведение биоробота.
Когда возникает внешний стимул, электрические импульсы в нейронной сети
вызывают реакции биоробота, позволяя ему взаимодействовать с окружающей средой.
Этот «базовый интеллект» позволяет биороботу двигаться
по-другому, чем простые организмы без нервной системы.

Эти роботы — не «Франкенштейны» из лаборатории,
а исследование границ жизни.
Оснащая биороботов нервной системой, ученые закладывают основу для новых медицинских технологий.
В будущем подобные системы могут быть спроектированы так, чтобы самостоятельно ориентироваться внутри человека,
распознавать повреждения тканей и использовать свои биологические возможности для координации сложных процессов восстановления.
Понимание того, как нейроны могут самостоятельно перестраиваться в искусственной среде,
открывает возможности для разработки высокоточных синтезированных систем управления нервно-мышечной системой.
Появление таких систем с собственными нейронными сетями
означает поворотный момент в области биоинженерии.
(Автор: Сантьяго Кампильо Брокар, перевод: Ло Юнь)