Учените започнаха да създават роботи със собствена нервна система: на какво са способни невроботите?

Съвременната наука разми границата между живите организми и машините, въвеждайки невроботите в света. Тези малки структури, създадени от ембрионални клетки, демонстрират способността си да се самоорганизират и да проявяват сложни поведения, смятани досега за невъзможни за изкуствените биологични системи.

Как функционира механизмът със собствена нервна система?

Изследователи от университета Tufts и института Wyss направиха пробив в синтетичната биология, като създадоха невроботи, представляващи подобрена версия на известните досега ксеноботи. Тези живи машини са базирани на клетки от гладка ноктеста жаба (Xenopus laevis). Докато предишните модели, известни като биоботи, се състоеха предимно от кожни клетки и бяха способни на прости движения, новото поколение съдържа напълно функционална нервна тъкан, съобщава SciTechDaily.

Процесът на създаване на невробот започва с извличане на ектодермални клетки от ембрион в стадий на бластула. Тези клетки естествено се сглобяват в сферични структури, покрити с реснички, представляващи микроскопични власинки, които позволяват движение във водна среда.

Ключово нововъведение е въвеждането на клъстери от невронни прогениторни клетки в центъра на бъдещата структура по време на нейното формиране. За кратък период от време тези клетки се развиват в зрели неврони, които растат през тялото на невробота, образувайки аксони и дендрити.

Анатомични изследвания с помощта на микроскопия потвърдиха, че невроните в невроботите не само съществуват, но и образуват сложни мрежи. Учените откриха протеинови маркери, свързани със синапси, представляващи точките на контакт, през които се предават сигналите. Използвайки метода за визуализация на калция, те успяха да запишат електрическата активност на невроните в реално време, демонстрирайки тяхната функционалност в рамките на жив механизъм.

Как нервната система променя роботите

Наличието на нервна система е променило радикално физическите и поведенческите характеристики на организмите. Невроботите са значително по-големи и по-дълги от своите безнервни предшественици. Техните модели на движение са станали по-сложни: вместо прости линии или кръгове, те показват сложни шарки, напомнящи медицински спирограф. Освен това, невроботите проявяват по-голяма активност и остават неподвижни значително по-рядко.

За да тестват влиянието на невронната активност върху поведението, изследователите са използвали пентилентетразол (PTZ), който е лекарство, предизвикващо гърчове при гръбначните животни. Реакцията на невроботите към това вещество се различава значително от тази на стандартните биоботи. Повечето невроботи увеличават сложността на движенията си, докато биоботите, обратно, стават по-малко активни. Това показва, че невронните мрежи активно контролират поведението на изкуствените организми.

Анализът на генната активност разкрива още повече изненади. Невроботите демонстрират активиране на гени, отговорни за развитието на нервната система и предаването на сигнали между синапсите.

Най-впечатляващо е откриването на генна активност, свързана със зрителното възприятие, особено на тези, отговорни за функционирането на светлочувствителните клетки в очите. Това открива перспективата за създаване на невроботи, способни да виждат и реагират на светлинните стимули.

Интересен аспект на изследването, публикувано в Advanced Science, е изместването на транскриптомите към „древни“ гени. Повече от 54 процента от гените, чиято активност се е увеличила в невроботите, принадлежат към най-древните генетични структури, които са общи за всички живи организми. Това предполага, че новите клетъчни комбинации могат да активират еволюционната памет, която не е очевидна при стандартните условия на развитие.

Колко дълго живеят?

Невроботите са способни да оцелеят автономно в продължение на 9 до 10 дни, използвайки вътрешните хранителни резерви на ембрионалните клетки. Те не се нуждаят от външни скелета или генетична модификация, оставайки напълно биологични единици.

По-нататъшното изучаване на тези системи може да даде отговори на фундаментални въпроси за това как са организирани невронните мрежи без предварителна еволюционна история. Тази платформа обещава значителен напредък в регенеративната медицина и създаването на интелигентни биологични машини, способни да изпълняват полезни функции в човешкото тяло или околната среда.