观察培养皿中的脑细胞实时学会玩乒乓游戏
墨尔本领导的一个团队首次证明，生活在培养皿中的80万个脑细胞可以执行目标导向的任务——在这种情况下，简单的类似网球的电脑游戏Pong。这项研究的结果发表在今天的杂志上神经元．
现在他们要去看看当他们的“洗碗脑”受到药物和酒精的影响时会发生什么。
“我们已经证明，我们可以与活的生物神经元互动，迫使它们改变自己的活动，从而产生类似于智能的东西，”主要作者布雷特·卡根博士说，他是生物技术初创公司皮层实验室的首席科学官，致力于构建新一代生物计算机芯片。他的合著者隶属于莫纳什大学、RMIT大学、伦敦大学学院和加拿大高级研究所
“DishBrain提供了一个更简单的方法来测试如何大脑皮质实验室首席执行官翁冲博士说:“它可以帮助人们了解癫痫和痴呆症等使人衰弱的疾病。”
虽然科学家们已经有一段时间能够将神经元安装在多电极阵列上并读取它们的活动，但这是第一次以结构化和有意义的方式刺激细胞。
卡根说:“过去，大脑模型是根据计算机科学家认为大脑可能工作的方式来开发的。”“这通常是基于我们目前对信息技术的理解，比如硅计算。
“但事实上，我们并不真正了解大脑是如何工作的。”
通过用这种方法从基本结构中构建一个活体大脑模型，科学家们将能够使用真正的大脑功能进行实验，而不是像计算机那样有缺陷的类似模型。
例如，卡根和他的团队接下来将进行实验，看看在DishBrain中引入酒精后会产生什么影响。
卡根说:“我们正在尝试用乙醇创造一个剂量反应曲线——基本上就是让他们‘醉了’，看看他们是否会像喝酒一样玩得更糟糕。”
这可能为理解大脑正在发生的事情打开了一扇全新的大门。
“这种新的教学能力细胞培养莫纳什大学计算与系统神经科学实验室主任阿德尔·拉兹博士说:“通过控制球拍，通过感知来完成一项任务，这为新的发现开辟了可能性，这将对技术、健康和社会产生深远的影响。”
“我们知道我们的大脑具有进化优势，可以经过数亿年的调整来生存。现在，我们似乎已经掌握了如何利用这种令人难以置信的强大而廉价的生物智能。”
当研究新药或基因疗法在这些动态环境中如何反应时，这些发现也提高了创造一种替代动物试验的可能性。
卡根说:“我们也已经证明，我们可以根据细胞如何改变它们的行为来修改刺激，并在实时闭环中完成这一过程。”
为了进行实验，研究小组从小鼠胚胎大脑和一些人类大脑中提取了细胞大脑细胞来自干细胞将它们生长在微电极阵列上，这些微电极阵列既能刺激它们，又能读取它们的活动。
一个阵列的左边或右边的电极被点燃，以告诉Dishbrain球在哪一边，而与球拍的距离则由信号的频率指示。电极的反馈让这些细胞就像球拍一样，教会DishBrain如何回击球。
卡根说:“我们以前从未能够看到细胞在虚拟环境中的行为。”“我们成功地建立了一个闭环环境，可以读取细胞中发生的事情，用有意义的信息刺激它们，然后以交互的方式改变细胞，这样它们就可以真正地改变彼此。”
伦敦大学学院理论神经科学家、合著者卡尔·弗里斯顿教授说:“这项工作的美妙和开创性之处在于为神经元配备了感觉——反馈——以及对它们的世界采取行动的关键能力。”
“值得注意的是，这些文化学会了如何通过采取行动来让他们的世界更可预测。这是很了不起的，因为你不能教这种自我组织;原因很简单——不像宠物——这些迷你大脑没有奖励和惩罚的感觉。”
“这项工作的转化潜力确实令人兴奋:这意味着我们不必担心创造‘数字双胞胎’来测试治疗干预措施。从原则上讲，我们现在有了最终的仿生‘沙盒’，可以在其中测试药物和遗传变异的效果——这个沙盒由你我大脑中发现的完全相同的计算(神经元)元素组成。”
这项研究也支持了弗里斯顿教授提出的“自由能原理”。
“当我们研究如何指导细胞沿着特定的路径前进时，我们面临着一个挑战。我们无法直接接触多巴胺系统或其他任何可以用来提供特定实时激励的东西，所以我们必须深入到弗里斯顿教授所研究的领域:信息熵——关于系统如何在物理层面上自我组织与环境相互作用的基本信息。
“自由能原理提出，在这个水平上的细胞会尽量减少环境中的不可预测性。”
卡根说，一个令人兴奋的发现是，DishBrain的行为不像硅基系统。他说:“当我们将结构化的信息呈现给脱离实体的神经元时，我们看到它们的活动发生了变化，这与它们作为一个动态系统的实际行为非常一致。”
“例如，神经元由于经验而改变和适应其活动的能力随着时间的推移而增加，这与我们在大脑中所看到的一致细胞’学习率。”
钟说，他对这一发现感到兴奋，但这仅仅是个开始。
“这是一个全新的处女地。我们希望更多的人加入进来，与之合作，利用我们建立的系统进一步探索这个新的科学领域。”他说。
“正如我们的一位合作者所说，并不是每天醒来都能创造一个新的科学领域。”
进一步探索
