Ученые вырастили структуры, похожие на клетки человеческого мозга, и объединили их в сеть — в каждом кластере до двух миллионов штук. В поисках лекарства от аутизма и болезни Альцгеймера они проводят эксперименты на этих «мини-мозгах», а еще мечтают об «органоидном интеллекте» — более эффективном аналоге искусственного. Многие ученые задаются вопросами: может ли органоид страдать и может ли органоидный интеллект обрести сознание? Подробности — в материале «Холода».
В Гарвардском университете есть длинный коридор без окон, где стоят стеллажи с рядами чашек Петри. В каждую налита розовая жидкость, а на дне — дюжины полупрозрачных крупинок. Ежедневно кто-то из ученых проходит по этому коридору, чтобы проверить, что крупинки «накормлены» и хорошо себя чувствуют. Крупинки действительно живые — это скопления нейронов и других клеток человеческого мозга, до двух миллионов штук в каждой.
Как рассказывала заведующая лабораторией Паола Арлотта изданию The New York Times, самые старые крупинки хранятся там уже более семи лет — их вырастили из клеток человеческой кожи. Сначала их с помощью химических реакций превратили в клетки-предшественники (это разновидность стволовых клеток). Затем ученые пустили развитие этих клеток по другому пути и вырастили из них клетки мозга.
Тело человека вырастает из одной оплодотворенной яйцеклетки. Это происходит благодаря эмбриональным стволовым клеткам. Они универсальные, поэтому во время деления могут обретать специализацию, то есть становиться частью разных органов — печени, сердца, мозга, костей, кожи и так далее.
Различия в формах и функциях клеток формируются по генетической программе, заложенной в них: одни гены включаются, другие — выключаются. Ученые считали, что это необратимый процесс: стволовая клетка, однажды ставшая, например, клеткой мозга, обратно стволовой не станет.
Но Синъя Яманака, биолог из Университета Киото, доказал обратное. В 2006 году он обратил клетки мыши в стволовые, а спустя год сделал то же самое с человеческими. Для этого Яманака и его коллеги с помощью вирусов вводили во взрослые клетки гены, которые активны в стволовых клетках. Оказалось, что достаточно всего четырех генов, чтобы клетка стала индуцированной стволовой. За эти открытия в 2012 году Яманака и британский биолог Джон Гердон получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
В одной крупинке в гарвардской лаборатории содержится больше нейронов, чем в мозге пчелы, пишет The New York Times. Однако Арлотта и ее коллеги против того, чтобы эти скопления клеток называли мозгом, — они предпочитают вариант «органоиды мозга».
«Важно называть их органоидами, а не мозгами, потому что этим они и являются. Это упрощенные копии, которые в чем-то похожи на мозг, но и многим отличаются», — объясняла Арлотта.
Впрочем, с годами сходство органоидов с человеческим мозгом становится все очевиднее. Еще в 2018 году нейроны в органоидах вели себя как нейроны мозга эмбриона. Их гены включались и выключались, и несколько месяцев спустя нейроны из пробирки стали походить на нейроны мозга новорожденного ребенка. Теперь же пятилетние образцы схожи с клетками мозга дошкольника.
«Мы даже не думали, что за это время сможем так далеко продвинуться», — прокомментировала это Арлотта.
Эксперименты на органоидах
В 2026 году ученые могут выращивать органоиды, почти идентичные друг другу. И теперь они проводят эксперименты, которые невозможно было бы провести на настоящем мозге.
Некоторые ученые используют органоиды, чтобы понять, как у плода развиваются аутизм и другие расстройства, пишет The New York Times. Нейробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего Лилия Якушева вместе с коллегами вырастила органоиды мозга из клеток кожи, донорами которых стали дети с расстройствами аутистического спектра. Ученые заметили, что нейроны в полученных органоидах перемещаются иначе, нежели в тех, что вырастили из клеток людей, у которых нет аутизма. «Если нейроны не мигрируют в нужные места, можно предположить, что это повреждает мозг плода и вызывает симптомы, которые наблюдаются после рождения», — сказала Якушева журналистам.
Другая группа ученых под руководством нейробиолога из Стэнфордского университета Серджиу Пашки изучала форму аутизма, которую вызывает наследственное генетическое заболевание синдром Тимоти. Они увидели, что при таком состоянии нейроны в органоиде мозга неправильно связываются друг с другом — и нашли вещество, которое исправляет ошибку. Сейчас, как пишут журналисты, потенциальное лекарство проходит доклинические испытания на животных, но вскоре, надеется Пашка, его введут первому пациенту.
Есть более сложные расстройства, которые возникают, когда нарушается связь между разными областями мозга. Чтобы изучать их, исследователи объединяют органоиды в крошечные сети — они называются ассемблоиды.
Пашка и его коллеги тоже создали ассемблоиды и стали наблюдать, как болевой сигнал идет от периферии к мозгу. Для этого они воздействовали на нейроны капсаицином — соединением, которое делает перец чили острым. Тогда органоид издавал сигналы, которые по цепочке следовали к другим органоидам, после чего те синхронно активировались. Затем ученые вырастили ассемблоиды с мутацией, которая делает людей особенно чувствительными к боли, и повторили весь процесс с начала. Мутация заметно усилила синхронность.
Живой компьютер
Некоторые ученые пытаются создать компьютеры из живых клеток. Один из лидеров в этой сфере — компания FinalSpark из Швейцарии. Ее основатели надеются, что когда-нибудь у человечества появятся центры обработки данных, в которых будут стоять «живые» сервера, — и работают над созданием «органоидного интеллекта». В случае успеха он будет тратить меньше энергии, чем сейчас требует искусственный.
В лаборатории FinalSpark выращивают органоиды тем же методом, для чего закупают клетки в японской клинике. Однако, по словам представителей компании, и желающих предложить свой биологический материал бесплатно немало.
«К нам обращаются многие. Но мы отбираем клетки только от официальных поставщиков, потому что качество клеток имеет первостепенное значение», — сказал соучредитель FinalSpark Фред Джордан.
Органоиды созревают несколько месяцев, затем их подключают к электродам. После этого ученые используют их в качестве мини-компьютеров. Работает это так: человек нажимает на кнопку, и электрический сигнал через провода передается органоидам. Те реагируют на раздражитель, и система фиксирует всплески активности. График ответных сигналов, который отображается на экране, напоминает электроэнцефалограмму.
Сотрудники FinalSpark хотят обучить «органоидный интеллект», чтобы он выполнял задачи лучше искусственного. «Тут все работает так же, как с ИИ. Вы вводите некоторые данные и хотите получить данные на выходе, которые будут использоваться дальше. Например, вы предлагаете изображение кота и хотите, чтобы на выходе [интеллект] ответил, что это кот», — говорил Джордан в разговоре с Би-би-си.
Выращенные в лаборатории клетки уже обучили играть в аркадную видеоигру Pong — теперь лабораторные нейроны могут водить ракеткой вверх и вниз по экрану, отбивая пиксельный мяч. Об этом объявила еще в 2022 году компания Cortical Labs из австралийского Мельбурна.
По словам доцента Адиля Рази из австралийского Института мозга и психического здоровья Тернера, клеточный интеллект отличается от искусственного тем, что способен обучаться и накапливать опыт на протяжении всей жизни. Благодаря этому живые нейронные системы смогут получать навыки, адаптироваться к изменениям и решать незнакомые для себя задачи (в то время как ИИ часто «забывает» информацию). По словам Рази, «органоидный интеллект» будет полезен во многих областях: в планировании, робототехнике, автоматизации, а еще в нейрокомпьютерных интерфейсах, беспилотных автомобилях, роботах-доставщиках и в разработке лекарств.
Однако пока непонятно, как поддерживать жизнедеятельность органоидов в течение долгого времени. В FinalSpark они работают до четырех месяцев, после чего умирают. Перед смертью органоидов приборы фиксируют всплеск активности — почти как усиление мозговой активности, которая наблюдается у людей в конце жизни.
«Мы наблюдали очень быстрое повышение активности буквально в последние минуты или секунды [жизни органоида], — рассказал Джордан. — За последние пять лет мы зафиксировали пару тысяч таких индивидуальных смертей».
По словам Джордана, смерть органоида «печальна», потому что исследователям приходится приостанавливать эксперименты и тратить время на поиск причины гибели. Однако многие думают, что причин для грусти гораздо больше.
Полет бабочки
Попытки создать органоидный интеллект затрагивают вопросы биоэтики. Особенно ученых волнует в этом ключе, что произойдет, если органоиды обретут сознание. Инсу Хен, специалист по биоэтике из Центра биоэтики Гастингса (США) считает, что это возможно: по его словам, сложные и объемные объединения органоидов, созданные для биокомпьютеров, могут в будущем приобрести черты человеческого мозга.
Есть и другая проблема: до сих пор непонятно, могут ли органоиды страдать. По словам Инсу Хена, современные ассемблоиды слишком просты для этого. Но ученые уже говорят, что более сложные ассемблоиды могут запоминать сигналы боли и сильнее реагировать на их повторение.
Однако нейробиолог из Стэнфордского университета Серджиу Пашка не согласен с этим мнением. Он считает, что следует принимать решения на основе того, чем органоиды являются на самом деле, а не на том, чего мы боимся или на что надеемся в отношении них. По его словам, «органоидный интеллект» — слишком громкое выражение.
Сейчас любой желающий может получить «мгновенный доступ» к органоидам мозга на «нейроплатформе» FinalSpark. Компания обещает «круглосуточный удаленный доступ к органоидам мозга», а еще «стимуляцию нейронов и чтение [их сигналов] в реальном времени». Цены для студентов и университетов ниже, чем для остальных клиентов, и начинаются от тысячи долларов.
Сотрудники FinalSpark скармливают органоидам мозга сенсорные ощущения бабочки. С помощью программного кода и электрических импульсов органоид получает и отправляет информацию — машет крыльями в симуляции, словно он и есть бабочка. «Это как если бы мозг жил внутри смоделированного мира», — говорится в видео на канале FinalSpark. Через сайт компании желающие могут поиграть с этим органоидом мозга.
