Организация нервной ткани. Ученые соединили три человеческих органоида мозга и научили их различать сигналы
Команда ученых под руководством нейробиолога Йосихо Икеути из Токийского университета объединила три человеческих мозговых органоида в сеть. После многократной электрической стимуляции они научились различать сигналы, поступавшие из разных источников.
Об этом пишет издание Science Alert .
Мозговые органоиды — это небольшие трехмерные скопления человеческой нервной ткани, выращиваемые в лаборатории. Они не являются миниатюрными копиями полноценного мозга, однако воспроизводят часть его клеточной структуры и электрической активности.
Исследователи получили органоиды из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека, а затем разместили их на специальных чипах с микроскопическими электродами. Они могли подавать электрические сигналы на ткань и одновременно регистрировать ее активность.
В эксперименте использовали чипы с одним, двумя и тремя органоидами. Их оставляли более чем на две недели, чтобы нервные клетки успели сформировать аксоны и установить связи между органоидами. Записи продемонстрировали синхронизированную электрическую активность между соединенными органоидами, что подтвердило формирование функциональных сетей.
После этого в течение двух недель ученые ежедневно стимулировали нейронные сети в двух разных местах — по 100 раз в каждой точке. Одновременно они регистрировали активность в другой части сети.
С помощью алгоритмов машинного обучения исследователи анализировали полученные сигналы и определяли, из какой именно точки поступала стимуляция. В начале эксперимента сигналы были настолько похожими, что алгоритмы правильно определяли их источник примерно в половине случаев — на уровне случайного угадывания.
После двух недель повторной стимуляции ситуация изменилась только в сетях с тремя органоидами. Сигналы, поступавшие из двух разных точек, стали лучше различаться по активности третьего, нестимулируемого органоида. Реакции также стали более быстрыми, стабильными и пространственно дифференцированными.
В сетях из трех органоидов, не подвергавшихся такой стимуляции, аналогичных изменений не наблюдалось. Это указывает на то, что улучшение было связано именно с повторяющимися сигналами, а не просто с дальнейшим развитием органоидов в лабораторных условиях.
По словам исследователей, результаты свидетельствуют о том, что организация нервной ткани во взаимосвязанные модули с различными функциями может помогать ей учиться различать источники информации. Ученые отмечают, что способность различать базовые сигналы важна для более сложных форм обработки информации.