Neurones cultivades al laboratori juguen al videojoc Pong: què implica aquesta recerca

Un conjunt de neurones humanes i de ratolí cultivades al laboratori han estat capaces de jugar al Pong, un senzill videojoc que va aparèixer als anys 70. Dit així, sembla simplement que un grup de científics ha volgut divertir-se una estona, però la recerca obre un nou camp i pot portar a aplicacions revolucionàries.

L'experiment l'ha fet un equip liderat per Brett Kagan, director científic de l'empresa Cortical Labs, amb la participació d'investigadors de les universitats australianes Monash i RMIT (Reial Institut de Tecnologia de Melbourne), del University College de Londres i de l'Institut Canadenc de Recerca Avançada. S'ha publicat a la revista Neuron.

Cortical Labs és una start-up biotecnològica australiana que investiga sobre la creació de xips biològics per a ordinadors. En aquesta recerca, els científics van agafar cèl·lules cerebrals d'embrions de ratolí i cèl·lules cerebrals humanes generades a partir de cèl·lules mare. Les van cultivar en el laboratori connectades a uns microelèctrodes que podien tant estimular-les com registrar-ne l'activitat.

L'organoide, com s'anomenen els miniòrgans tridimensional creats in vitro, tenia unes 800.000 neurones. Els investigadors el van anomenar DishBrain ("dish" és el nom en anglès de les plaques on es fan els cultius de laboratori) i li van ensenyar a jugar al Pong, un videojoc comercialitzat per Atari a finals del 1972, ara fa justament mig segle.

Avui aquesta mena de tenis o ping-pong virtual fa somriure al costat dels nous videojocs, però aleshores va ser una novetat molt impactant. Amb un cursor a cada costat, que fan de raquetes, cada jugador ha de tornar la bola lluminosa que fa de pilota.

El petit cervell va aprendre a jugar-hi en cinc minuts. Hi havia un conjunt d'elèctrodes que indicaven on es trobava la bola i la freqüència dels senyals permetia saber a quina distància. Així les neurones es podien moure per situar la raqueta virtual.

No és el primer cop que es creen cervells al laboratori. El primer pas el van fer el 2009 investigadors suïssos, amb la creació d'una xarxa tridimensional de neurones. Ho van descriure a Stem Cells.

I el 2013, investigadors d'Àustria, Escòcia i Anglaterra van crear un petit cervell per estudiar la microcefàlia, un defecte congènit i genètic que comporta un cap més petit del normal. Van descriure-ho a la revista Nature.

Però aquesta és la primera vegada que s'ha pogut observar com un minicervell interactua amb el medi, en aquest cas un entorn virtual. Així ho valora Kagan:

"Hem mostrat que pot interactuar amb neurones vives de manera que les obliga a modificar la seva activitat, en un procés que recorda la intel·ligència."

De fet, els autors ho han anomenat intel·ligència biològica sintètica, perquè el conjunt de neurones té capacitat d'organitzar-se per respondre a la informació que se'ls proporciona considerant la conseqüència de les seves accions. No es tracta, com amb experiments d'animals al laboratori, de l'aprenentatge basat en una recompensa si s'efectua l'acció desitjada.

A més, les neurones mostraven progressivament més habilitat en el joc, un fet que es pot interpretar com un aprenentatge a partir de l'experiència.

Fins ara, els models per estudiar el cervell, diu Kagan, s'han creat a partir de com pensem que actua, però afirma que "en realitat, no comprenem com treballa el cervell".

Amb aquests organoides serà possible experimentar amb funcions reals i no amb la interpretació que se'n fa amb models informàtics, afegeixen els autors.

Així, es podran estudiar malalties, com l'epilèpsia o la demència, o l'efecte de fàrmacs i drogues. Una de les coses que l'equip de Kagan vol estudiar és com afecten diferents dosis d'alcohol al rendiment del DishBrain en el joc. També es pot aprofitar la superior capacitat de càlcul i raonament dels sistemes biològics per crear nous xips.

Però d'entrada, en general, obre la porta a formes completament noves d'estudiar el cervell, com explica un dels coautors, el doctor Adeel Razi, director del Laboratori de Neurociència Computacional i de Sistemes de la Universitat Monash:

"Aquesta capacitat d'ensenyar a cultius cel·lulars a realitzar tasques en què exhibeixen sensibilitat -controlant la raqueta per tornar la bola gràcies a sensacions- obre noves possibilitats de descobriments que tindran conseqüències de llarg abast per a la tecnologia, la salut i la societat."

Un altre dels autors, el doctor Hon Weng Chong, director executiu de Cortical Labs, afirma que és un gran avenç, però que això només és el principi:

"Això és ben nou, un territori verge. I volem que s'hi incorpori més gent que col·labori, utilitzar el sistema que hem construït per explorar aquesta nova àrea de la ciència."

Una nova àrea en què no només s'han de considerar els aspectes científics, sinó també els ètics. Els organoides podran ser cada vegada més complexos i l'equip de Kagan treballa amb experts en bioètica per assegurar que no creen, de forma accidental, un cervell conscient.

Es tracta d'un debat que ja es porta a terme en publicacions científiques. Aquest mateix any, investigadors japonesos plantejaven alguns reptes ètics sobre aquestes recerques a la revista AJOB Neuroscience. En el mateix número, Kagan, juntament amb altres investigadors, oferia la seva anàlisi sobre aquest tema.