Ученые создали первых роботов с нервной системой. На что они способны?

Исследователи из Института Вайсса при Гарвардском университете разработали миниатюрные биоконструкции из живой ткани c полноценной нервной системой. И назвали их «нейророботами». Биороботы обладают способностями, недоступными ранее биологическим системам без управления внутренними процессами. Проект продолжает серию экспериментов с ксеноботами, с той разницей, что в новой конструкции присутствуют клетки, способные формировать нейронные связи и передавать сигналы.

Создание подобных биологических систем требует очень деликатной работы с эмбриональными тканями. В рамках эксперимента ученые использовали клетки эмбрионов африканской когтистой лягушки (Xenopus laevis). Этот материал обладает высокой пластичностью. В первые несколько минут после отделения клетки кожи принимают форму чашечки, а затем образуют сферическую структуру. Этот момент идеально подходит для имплантации прогениторных клеток-предшественников. Специалисты поместили их внутрь регенерирующей структуры. В течение суток сформировался единый объект. Еще через сутки на поверхности сформировались зрелые нейроны. Они создали сеть, способную управлять движением.

Наблюдения показали, что нервные клетки активно взаимодействуют с ресничками, генерирующими тягу. В результате форма биоробота меняется. Он становится более вытянутым. Движения становятся более сложными. Роботы начинают двигаться по новым траекториям. Поведение становится менее хаотичным. Появляются признаки саморегуляции. Этим они отличаются от предыдущих моделей, в которых активность ограничивалась лишь механическими колебаниями ресничек.

Команда провела серию экспериментов с соединениями, влияющими на передачу сигналов между нейронами. Оказалось, что реакции нейророботов и контрольных образцов различаются. Это подтверждает, что нервная сеть вовлечена в формирование поведения. Дополнительные исследования включали анализ экспрессии генов. Результаты оказались несколько неожиданными. Были обнаружены изменения, связанные с развитием зрительных структур. Это указывает на потенциальную способность к сенсорному восприятию в будущем. Следует отметить, что данный эффект возник без внешнего вмешательства. Нервная система Нервная система самостоятельно запустила процесс реструктуризации.

Ученые подчеркивают, что новые биороботы не являются живыми организмами в привычном смысле. У них нет органов, они не размножаются и не питаются. Однако их поведение напоминает примитивные жизненные формы. Эта особенность позволяет глубже понять механизмы самоорганизации. «Нейророботы помогут нам проследить, как нервная система адаптируется к новой среде. Она развивается внутри организма, которого не существует в природе. Исследования позволят понять, как могла бы протекать эволюция в альтернативных условиях», заключили авторы исследования.

Публикация в журнале «Advanced Science» подчеркивает значимость открытия. Авторы отмечают, что наблюдаемая нейронная активность не является хаотичной. Она влияет на двигательные функции. Формирует паттерны. Создает основу для будущего функционала. Нейророботы — уникальные биологические структуры. Они демонстрируют способность к адаптации. Реагируют на стимулы. Развиваются в средах, где эволюция не оставляет следов.

Заключение. Биологи могут получить в свое распоряжение новый инструмент для изучения поведения нейронных сетей в нестандартных условиях. Медики - платформу для разработки будущих терапевтических методик. Инженеры - возможность увидеть, как живые клетки решают задачи, недоступные механическим устройствам. Нейророботы - это шаг к созданию систем, в которых биология и технологии работают рука об руку. Эта область только начинает формироваться, однако уже сейчас очевидно, что ее потенциал невероятно велик.