SG.hu·
Több ezer kilométerről is működik az agy-agy interfész
A Duke Egyetem kutatói elektronikusan kapcsolták össze két patkány agyát, lehetővé téve az egymás közötti közvetlen kommunikációt és egyszerű viselkedési feladványok megoldását, miközben a két állatot több ezer kilométer választotta el.
A kutatók szerint megoldásukkal létrehozható egy úgynevezett "szerves számítógép", az összeköttetéssel motorikus és érzékelési információ osztható meg a csoportok között. "Az agy-gép interfészekkel végzett korábbi tanulmányaink meggyőztek minket, hogy a patkányok agya sokkal képlékenyebb, mint azt korábban gondoltuk" - mondta Miguel Nicolelis, a Scientific Reports-ban megjelent tanulmány szerzője. "Azokban a kísérletekben a patkányagy könnyedén alkalmazkodott a testen kívüli eszközöktől származó inputok befogadására, és még egy mesterséges szenzortól érkező láthatatlan infravörös fény feldolgozását is elsajátította. A kérdésünk tehát az volt, ha az agy képes beolvasztani a mesterséges szenzorok jeleit, akkor képes lehet-e egy másik test információs inputjainak az asszimilálására?"
A felvetés teszteléséhez a kutatók megtanítottak két patkányt egy egyszerű feladat megoldására: nyomják meg a megfelelő kart, amikor egy jelzőfény a kar felett felvillan. A rágcsálók jutalma egy korty víz volt. Ezután a patkányok a motorikus információkat feldolgozó kéregnél mikroelektródákkal összekötötték a patkányok agyait. Az egyik patkányt, ami a vizuális utasítást kapta, vagyis látta melyik kar felett villan fel a jelzés, kinevezték "kódoló" egyednek. Amikor a kódoló lenyomta a megfelelő kart, agytevékenységének döntési mintáját elektromos stimulációs sémává alakították és közvetlenül a másik állat, a "dekódoló" egyed agyába táplálták.
A dekódoló patkány kamrájában ugyanolyan karokat helyeztek el, azonban semmilyen vizuális utalás nem állt rendelkezésére, hogy melyik kar juttatja el a jutalomhoz, vagyis teljes egészében a kódoló által az agy-agy interfészen keresztül átadott jelekre volt utalva. A kísérletek során a patkányok 70 százalékos sikert értek el, ami a kutatók szerint alig marad el az általuk elméletben kidolgozott lehetséges 78 százalékos maximumtól.
Fontos megemlíteni, hogy az interfész egy megerősítő visszacsatolási mechanizmust is magába foglalt. A kódoló nem kapott teljes jutalmat, ha a dekódoló rossz kart választott, ami egy "viselkedési együttműködést" kovácsolt a két patkány között. "Láttuk, hogy amikor a dekódoló patkány hibát követ el, a kódoló megváltoztatja agyfunkcióját és viselkedését, hogy megkönnyítse társának a feladat megoldását" - magyarázta Nicolelis. "A kódoló fokozta agytevékenysége jel-zaj arányát, így a jel egyre tisztábbá és könnyebben észlelhetővé vált, ami egy gyorsabb és egyértelműbb döntést eredményezett. A kódoló változtatásainak köszönhetően a dekódoló gyakrabban hozott helyes döntést, így mindketten több jutalomban részesültek"
A kutatók egy másik, a fentebbinél kissé összetettebb kísérletet is kidolgoztak, melyben a patkányoknak bajuszaik alkalmazásával kellett megkülönböztetni a nyílások szélességét, ugyancsak jutalom fejében. Ennél a kísérletnél 65 százalékos sikert értek el, ami ugyancsak jóval magasabb, mint amit a véletlen számlájára lehetne írni.
Az interfész jelátviteli korlátainak tesztelésére a kutatók a kódolót Brazíliában, az Edmond és Lily Safra Nemzetközi Idegtudományi Intézetben, Natalban helyezték el, és az agytevékenység jelzéseit az interneten keresztül az Észak-Karolina állambeli Durham-be küldték át. Az eredmények szerint a két állat ilyen távolságból is képes volt kommunikálni egymással. "Annak ellenére, hogy az állatok két különböző kontinensen voltak, a zajos átvitel és a jelek késleltetése mellett is képesek voltak kommunikálni" - nyilatkozott a brazil oldalon dolgozó Miguel Pais-Vieira. "Ez azt jelzi, hogy lehetséges egy sok különböző helyszínen eloszló, működő állati agyhálózat létrehozása"
"Egy központi idegrendszer létrehozásán dolgoztunk, ami két patkányagyból tevődik össze" - tette hozzá Nicolelis. "Kísérletinkkel demonstráltuk egy fejlett, közvetlen kommunikációs kapcsolat létrehozásának képességét, valamint a dekódoló agy egy minta felismerési eszközként működését, tehát alapvetően megalkottunk egy szerves számítógépet, ami feladatokat old meg"
A kutatók hangsúlyozzák, hogy elméletben egy ilyen rendszer nem korlátozódik pusztán két agyra, vagyis létrehozható egy "agyhálózat", ami olyan megoldásokkal szolgálhat, melyre egyetlen agy nem lenne képes önmagában. A kísérletek egyik érdekessége volt, hogy az adatok tanúsága szerint a dekódoló egyed agyának tapintáshoz kapcsolódó területe nem csupán saját bajuszára, de a kódoló bajuszára is reagálni kezdett, egy második test képét hozva létre sajátja felett. Ezeknek az adoptációknak a tanulmányozása egy új területre vezetheti el a tudósokat, amire Nicolelis a társas kölcsönhatások neurofiziológiájaként, idegélettanaként utalt.
A kutatók szerint megoldásukkal létrehozható egy úgynevezett "szerves számítógép", az összeköttetéssel motorikus és érzékelési információ osztható meg a csoportok között. "Az agy-gép interfészekkel végzett korábbi tanulmányaink meggyőztek minket, hogy a patkányok agya sokkal képlékenyebb, mint azt korábban gondoltuk" - mondta Miguel Nicolelis, a Scientific Reports-ban megjelent tanulmány szerzője. "Azokban a kísérletekben a patkányagy könnyedén alkalmazkodott a testen kívüli eszközöktől származó inputok befogadására, és még egy mesterséges szenzortól érkező láthatatlan infravörös fény feldolgozását is elsajátította. A kérdésünk tehát az volt, ha az agy képes beolvasztani a mesterséges szenzorok jeleit, akkor képes lehet-e egy másik test információs inputjainak az asszimilálására?"
A felvetés teszteléséhez a kutatók megtanítottak két patkányt egy egyszerű feladat megoldására: nyomják meg a megfelelő kart, amikor egy jelzőfény a kar felett felvillan. A rágcsálók jutalma egy korty víz volt. Ezután a patkányok a motorikus információkat feldolgozó kéregnél mikroelektródákkal összekötötték a patkányok agyait. Az egyik patkányt, ami a vizuális utasítást kapta, vagyis látta melyik kar felett villan fel a jelzés, kinevezték "kódoló" egyednek. Amikor a kódoló lenyomta a megfelelő kart, agytevékenységének döntési mintáját elektromos stimulációs sémává alakították és közvetlenül a másik állat, a "dekódoló" egyed agyába táplálták.
A dekódoló patkány kamrájában ugyanolyan karokat helyeztek el, azonban semmilyen vizuális utalás nem állt rendelkezésére, hogy melyik kar juttatja el a jutalomhoz, vagyis teljes egészében a kódoló által az agy-agy interfészen keresztül átadott jelekre volt utalva. A kísérletek során a patkányok 70 százalékos sikert értek el, ami a kutatók szerint alig marad el az általuk elméletben kidolgozott lehetséges 78 százalékos maximumtól.
Fontos megemlíteni, hogy az interfész egy megerősítő visszacsatolási mechanizmust is magába foglalt. A kódoló nem kapott teljes jutalmat, ha a dekódoló rossz kart választott, ami egy "viselkedési együttműködést" kovácsolt a két patkány között. "Láttuk, hogy amikor a dekódoló patkány hibát követ el, a kódoló megváltoztatja agyfunkcióját és viselkedését, hogy megkönnyítse társának a feladat megoldását" - magyarázta Nicolelis. "A kódoló fokozta agytevékenysége jel-zaj arányát, így a jel egyre tisztábbá és könnyebben észlelhetővé vált, ami egy gyorsabb és egyértelműbb döntést eredményezett. A kódoló változtatásainak köszönhetően a dekódoló gyakrabban hozott helyes döntést, így mindketten több jutalomban részesültek"
A kutatók egy másik, a fentebbinél kissé összetettebb kísérletet is kidolgoztak, melyben a patkányoknak bajuszaik alkalmazásával kellett megkülönböztetni a nyílások szélességét, ugyancsak jutalom fejében. Ennél a kísérletnél 65 százalékos sikert értek el, ami ugyancsak jóval magasabb, mint amit a véletlen számlájára lehetne írni.
Az interfész jelátviteli korlátainak tesztelésére a kutatók a kódolót Brazíliában, az Edmond és Lily Safra Nemzetközi Idegtudományi Intézetben, Natalban helyezték el, és az agytevékenység jelzéseit az interneten keresztül az Észak-Karolina állambeli Durham-be küldték át. Az eredmények szerint a két állat ilyen távolságból is képes volt kommunikálni egymással. "Annak ellenére, hogy az állatok két különböző kontinensen voltak, a zajos átvitel és a jelek késleltetése mellett is képesek voltak kommunikálni" - nyilatkozott a brazil oldalon dolgozó Miguel Pais-Vieira. "Ez azt jelzi, hogy lehetséges egy sok különböző helyszínen eloszló, működő állati agyhálózat létrehozása""Egy központi idegrendszer létrehozásán dolgoztunk, ami két patkányagyból tevődik össze" - tette hozzá Nicolelis. "Kísérletinkkel demonstráltuk egy fejlett, közvetlen kommunikációs kapcsolat létrehozásának képességét, valamint a dekódoló agy egy minta felismerési eszközként működését, tehát alapvetően megalkottunk egy szerves számítógépet, ami feladatokat old meg"
A kutatók hangsúlyozzák, hogy elméletben egy ilyen rendszer nem korlátozódik pusztán két agyra, vagyis létrehozható egy "agyhálózat", ami olyan megoldásokkal szolgálhat, melyre egyetlen agy nem lenne képes önmagában. A kísérletek egyik érdekessége volt, hogy az adatok tanúsága szerint a dekódoló egyed agyának tapintáshoz kapcsolódó területe nem csupán saját bajuszára, de a kódoló bajuszára is reagálni kezdett, egy második test képét hozva létre sajátja felett. Ezeknek az adoptációknak a tanulmányozása egy új területre vezetheti el a tudósokat, amire Nicolelis a társas kölcsönhatások neurofiziológiájaként, idegélettanaként utalt.