Tri ljudska ‘mini-mozga’ u laboratoriju naučila razlikovati izvore signala

Istraživači su povezali tri ljudska moždana organoida u laboratoriju i promatrali kako reagiraju na ponavljane električne podražaje. Rezultati ne znače da su stvorili minijaturni ljudski mozak, svijest ili samostalni oblik inteligencije. Pokus je mnogo jednostavniji, ali pokazuje kako organizacija neuralne mreže može utjecati na osnovnu sposobnost razlikovanja signala.

Organoidi su trodimenzionalne nakupine živčanog tkiva uzgojene iz induciranih pluripotentnih matičnih stanica. Takve stanice dobivaju se reprogramiranjem zrelih ljudskih stanica, a zatim se usmjeravaju prema razvoju neuralnog tkiva. Organoidi ne predstavljaju cijeli mozak u malom. Nemaju njegovu potpunu strukturu, krvne žile ni složenost, ali mogu razviti dio stanične organizacije i električne aktivnosti zanimljive za istraživanje.

Tim predvođen neuroznanstvenikom Yoshiom Ikeuchijem sa Sveučilišta u Tokiju postavio je organoide na posebne čipove prekrivene sitnim elektrodama. Elektrode su služile i za slanje električnih podražaja i za snimanje aktivnosti. Neki su čipovi sadržavali jedan organoid, neki dva, a neki tri. Tijekom više od dva tjedna organoidi su rasli i stvarali aksone, duge nastavke živčanih stanica koji mogu povezati susjedne dijelove tkiva.

Nakon toga istraživači su dva tjedna svakodnevno podraživali mreže na dva različita mjesta. Kod tročlanih mreža dva su organoida primala podražaje, dok se aktivnost bilježila u trećem, koji nije izravno bio stimuliran. Računalni algoritam zatim je pokušavao prepoznati s kojeg je mjesta signal došao.

Na početku pokusa algoritam je kod svih skupina bio približno na razini pogađanja. To je bilo očekivano jer su odabrana mjesta davala vrlo slične odgovore. Nakon ponavljanja podražaja, međutim, tročlane mreže počele su jasnije razlikovati dvije vrste signala. Odgovori su postali brži, stabilniji i prostorno različitiji.

Jednočlane i dvočlane skupine nisu pokazale istu vrstu poboljšanja. Pritom se ni tročlane mreže koje nisu bile izložene ponavljanoj stimulaciji nisu poboljšale samo zbog protoka vremena. To upućuje na zaključak da su podražaji potaknuli reorganizaciju neuralnih veza.

Rezultat podsjeća na važnost modularne organizacije mozga. Ljudski mozak nije homogena masa živčanih stanica, nego sustav regija s lokalnim mrežama koje međusobno komuniciraju. Različiti dijelovi mogu preuzeti različite uloge, a veze među njima omogućuju obradu složenijih informacija.

Ovo je tek osnovni oblik učenja i ne treba ga uspoređivati s učenjem čovjeka. Organoidi su mali, laboratorijski modeli, a korišteni signali bili su vrlo jednostavni. Istraživači sada žele ispitati mogu li mreže razlikovati složenije obrasce te pronaći stanice koje djeluju kao čvorišta između različitih organoida.

Studija objavljena u časopisu Communications Biology pokazuje zašto su organoidi korisni: omogućuju istraživanje nastanka neuralnih funkcija izvan živog mozga, u kontroliranim uvjetima. Istodobno otvaraju etička pitanja koja će postajati važnija kako modeli budu složeniji. Za sada je najvažniji zaključak skromniji, ali vrijedan — povezano neuralno tkivo može se reorganizirati tako da bolje razlikuje ponavljane izvore informacija.