Je zou denken dat er wel iets meer nodig is voor een potje Pong op de computer, maar opmerkelijk genoeg zijn een paar hersencellen in een Petrischaaltje voldoende. Oké, én een helpende hand van een paar wetenschappers. 

Australische onderzoekers van biotech-start-up Cortical Labs hebben het voor elkaar gekregen om een cluster hersencellen het simpele computerspelletje Pong te leren spelen. Pong is een soort tafeltennis en was een van de allereerste computerspellen. Het netwerk van cellen reageerde op zijn omgeving door informatieprikkels te verwerken en leerde zo zelf Pong spelen. Maar daar blijft het niet bij. De volgende stap is om de cellen in een schaaltje verschillende soorten medicijnen en alcohol te voeren en te kijken wat er gebeurt. Op deze manier hopen de Australiërs meer te weten te komen over de werking van medicatie, het brein en de interactie van neuronen. De techniek kan mogelijk in de toekomst als alternatief fungeren voor dierproeven bij onderzoek naar de werking van nieuwe medicijnen of gentherapie.

Intelligentie in een schaaltje
“We lieten de levende biologische neuronen samenwerken en hebben ze gedwongen hun activiteit aan te passen. Dit leidde tot gedrag dat bepaalde facetten van intelligentie in zich heeft”, zegt hoofdonderzoeker Brett Kagan, directeur bij Cortical Labs en al jaren druk bezig met het ontwikkelen van een nieuwe generatie biologische computerchips. “We vonden vergelijkbare resultaten bij schaaltjes menselijke neuronen en muizenneuronen, maar hebben ze niet door elkaar gebruikt. We wilden testen of deze aanpak op meerdere manieren werkte en of we dit proces met succes konden herhalen. Dat is boven verwachting goed gelukt”, vertelt Kagan tegen Scientias.nl. “Het was fascinerend om te zien hoe snel deze systemen zich konden aanpassen en leren, al hadden we zulk gedrag wel verwacht, omdat hersencellen door miljoenen jaren evolutie afgestemd zijn om te overleven, en snelle en efficiënte leerlingen te zijn”, aldus Kagan.

Wetenschappers zijn al geruime tijd bezig om de activiteit van neuronen af te lezen buiten het organisme om, maar dit is de eerste keer dat cellen op een gestructureerde en zinvolle manier worden gestimuleerd. “We weten eigenlijk nog heel weinig van de manier waarop de hersenen werken”, zegt Kagan.

Dronken neuronen
Kagan en zijn team gaan binnenkort kijken wat er gebeurt als ze alcohol gaan toevoegen aan het neuronennetwerk. “We maken de hersencellen als het ware ‘dronken’ en kijken of ze het spel Pong ook slechter gaan spelen, net als wanneer mensen alcohol drinken”, legt Kagan uit. Volgens Kagan is het een tamelijk unieke prestatie. “We zijn erin geslaagd een gesloten-lusomgeving te bouwen zodat we kunnen uitlezen wat er in de cellen gebeurt en ze kunnen stimuleren met prikkels en informatie.”

“Opmerkelijk is dat de netwerken leren hoe ze hun wereld voorspelbaarder kunnen maken door ernaar te handelen. Ze hebben het vermogen om op hun wereld te reageren. Dit is fascinerend omdat je dit soort gedrag niet kunt aanleren; simpelweg omdat – in tegenstelling tot een huisdier – deze mini-hersenen geen sensaties als beloning en straf hebben”, zegt theoretisch neurowetenschapper Karl Friston van de UCL in Londen.

Hybride intelligentie
Kagan denkt dat kunstmatige intelligentie-projecten – die gebruik maken van onder andere ‘deep learning’-algoritmes – in de toekomst uitstekend samen kunnen werken met biologische systemen. “We zien deze technologieën zeker in de toekomst gecombineerd worden. Biologische hersenen zijn erg goed in de aanpak van bepaalde dingen, ‘machine learning’ excelleert juist weer in andere dingen. Het gaat om het vinden (of ontwikkelen) van het juiste gereedschap voor de juiste klus”, legt Kagan uit aan Scientias.

“Toekomstig onderzoek kan meerdere kanten opgaan. Op korte termijn kunnen we met dit soort opstellingen medicijnen testen op neurologische en psychologische aandoeningen en toxicologische verbindingen beter screenen. Ook gaan we verder met onze zoektocht om te begrijpen hoe intelligentie ontstaat en hoe we deze kennis in ons voordeel kunnen gebruiken”, vervolgt Kagan.

Robotica
“Op langere termijn kunnen verbeteringen aan deze systemen leiden tot intelligentere elektronische apparaten, en het robotica-vakgebied verder helpen. Dit kan leiden tot robots die zich beter kunnen aanpassen aan hun omgeving en in realtime kunnen reageren als de situatie daarom vraagt. Ik denk echter dat we ons de meest tot de verbeelding sprekende toepassingen op dit moment nog niet eens kunnen voorstellen”, zegt de enthousiaste onderzoeker. “DishBrain (zoals het project heet) biedt een eenvoudigere benadering voor het testen van de werking van de hersenen. Op deze manier krijgen we ook meer inzicht in slopende aandoeningen als epilepsie en dementie”, zegt ook Hon Weng Chong, de grote baas van Cortical Labs.

Gloednieuw wetenschapsgebied
“Deze ontdekking is nog maar het begin. Dit is gloednieuw, onontgonnen terrein. We willen dat meer mensen hierin geïnteresseerd raken en dit nieuwe wetenschapsgebied verder gaan verkennen. Zoals een van onze medewerkers zei: ‘het gebeurt niet elke dag dat je wakker wordt en een nieuw wetenschapsgebied kunt creëren.’”, aldus Chong.

De Britse professor Tara Spires-Jones van de University of Edinburgh tempert het enthousiasme een beetje in een reactie op het onderzoek. “Dit is supercool, maar het is geen verrassing aangezien dit is hoe netwerken in de hersenen werken. Het is zeker een nuttig onderzoek om de onderliggende principes van neurale circuits te onderzoeken, maar het is geen sciencefiction waarbij er sprake is van een hoge intelligentie in een schaaltje.”

Dishbrain under the microscope

Hier zie je neuronen, axonen en dendrieten onder een microscoop en fluorescerend gemaakt. Bron: Cortical Labs