Een klompje hersencellen in een schaaltje kan het computerspelletje Pong spelen. Voor dat sciencefiction-achtige nieuws zijn Australische onderzoekers verantwoordelijk. Zij zijn er als eersten in de wereld in geslaagd een netwerk van gekweekte neuronen een taak te leren uitvoeren.

 

DishBrain, zoals de onderzoekers hun netwerk noemen, bestaat uit 800.000 met elkaar verbonden neuronen die zijn gekweekt uit menselijke stamcellen. Door het netwerk heen steken een paar duizend micro-elektroden. Die staafjes kunnen een elektrische puls afgeven of registreren en zorgen zo voor de verbinding met de buitenwereld.

Via die verbinding speelt het netwerk dus Pong, een van de oudste computerspelletjes die er bestaan. Het is een simpel soort tennis of pingpong, waarbij twee beweegbare streepjes (batjes) op een scherm een heen en weer vliegend balletje proberen te raken. DishBrain bestuurt een van de batjes.

 

Pulsen

De onderzoekers hebben het zo ingericht dat de celkolonie als het ware zelf het speelveld vormt. In de buurt waar het virtuele balletje zich bevindt, laten ze de elektroden pulsen afgeven. Hoe dichter de bal bij een elektrode is, hoe hoger de pulsfrequentie. Een ander deel van het netwerk bestuurt het batje, door pulsen terug te geven.

De bedenkers van het experiment werken bij Cortical Labs, een jong bedrijfje in Melbourne dat een revolutie in de computerwereld wil ontketenen door neuronen en elektronica te integreren.

 

De neuronen zijn gekweekt op een chip, uit menselijke stamcellen of uit cellen van muizenfoetussen.
Uit: Kagan et al., 2022, Neuron 110, 1–18 

 

Trainen

Het moeilijkste deel van het project was het vinden van een manier om het netwerk te trainen. Bij dieren gaat dat door middel van beloning en straf (conditionering). Maar het dopamine-gestuurde terugkoppelsysteem dat daarvoor nodig is, ontbreekt bij de celcultuur.

In plaats daarvan maakten de onderzoekers gebruik van een theorie die zegt dat primitieve neuronale netwerken van nature naar voorspelbaarheid streven. Ze zijn dus geneigd gedrag te herhalen als het steeds ongeveer hetzelfde effect heeft.

Daarom kreeg het netwerk steeds hetzelfde ‘antwoord’ als het erin slaagde de bal te raken: een elektrisch signaal op een vaste plaats en met een vaste frequentie. Bij missen van de bal werden de plaats en de frequentie juist willekeurig gevarieerd. Zo kreeg de celcultuur het spelletje inderdaad onder de knie – zelfs al binnen vijf minuten.

Dat wil overigens ook weer niet zeggen dat er sprake is van bewustzijn. Een klompje van 800.000 cellen valt nog het best te vergelijken met een simpele automaat, zoals een kleine processor die een modeltrein, wasmachine of koffiemachine op kantoor kan aansturen.

 

Model

De onderzoekers zien DishBrain vooral als een model om de werking van de menselijke hersenen beter te begrijpen. En als een opstapje naar hybride computers, die een mengvorm van levende neuronen en elektronica zullen zijn.

 

Tekst: Timo Können
Openingsbeeld: Depositphotos.com