Madeleine Lancaster, un om de ştiinţă de la Universitatea Cambridge, laboratorul de Biologie Moleculară, are în cadrul proiectului de care de ocupă 300 de creiere artificiale în dezvoltare. Să aflăm cum a reuşit acest lucru.
În interviul acordat celor de la BBC.com, Madeleine a povestit că acest proiect a luat naştere în laboratorul de Biologie Moleculară, ce aparent arată ca un labirint cu geamuri de sticlă, holuri care nu se mai termină şi echipament de ultimă generaţie. Nu este secret sau subteran, însă construcţia în valoare de 212 milioane de lire este „casă” pentru numeroase proiecte de viitor care ar reuşi să facă subiect chiar şi pentru un film de Hollywood.
„Creierele se dezvoltă în acelaşi mod precum embrionii”
În micul lor spaţiu utopic de lucru, echipa lui Madeleine lucrează la un proiect mai degrabă vrăjitoresc decât ştiinţific: transformă pielea umană în creiere. „Creierele se dezvoltă în acelaşi mod precum embrionii”, spune Madeleine. Acest lucru poate este adevărat, dar lucrurile din jurul lor spun altceva. În locul unui pântec, creierele cresc în incubatoare gigantice. În lipsa unei rezerve de sânge, ele sunt „hrănite” cu fluide bogate în nutrienţi, o dată la câteva zile. Și, bineînţeles, totul este dezinfectat înainte cu alcool.
Atunci când s-a deschis uşa incubatoarelor, nu arătau atât de impresionant, erau insipide, precum nişte bule de apă care pluteau pur şi simplu într-un lichid palid rozaliu. Arătau mai degrabă a bucăţi de popcorn îmbibate în apă decât centrale energetice ale inteligenţei umane. Însă aparenţele pot fi înşelătoare. De fapt, aceste „organisme cerebrale”, aşa cum au fost numite, sunt asemănătoare cu creierele umane. La fel ca un greier, organismele sunt divizate în materie gri, care este alcătuită din neuroni, şi materie albă, un ţesut gras compus din „cozi” fusiforme.
La fel ca un creier natural, fiecare este compus din secţiuni specifice. Există un cortex încreţit (în care ar fi locul spaţiului pentru vorbire şi gândire conştientă), hipocampusul (centrul emoţiei şi a memoriei), cerebelul pentru coordonarea motrică şi multe altele. În total acestea sunt echivalente pentru un creier al unui fetus de 9 săptămâni.
Deci cum sunt create?
De fapt, dezvoltarea unui creier nu este atât de greu de realizat pe cât ne-am aştepta. Doar cu ajutorul câtorva elemente simple – şi un entuziasm nemaiîntâlnit de a îmbiba lucruri în alcool – ai putea să obţii un creier în câteva luni. În primul rând, este nevoie de câteva celule. Echipa lui Lancaster le-a obţinut din pielea donată, această capodoperă a evoluţiei umane fiind obţinută din piele de pe nas, rinichi sau degete. Însă doar celulele stem pot fi capabile să se dezvolte în orice tip de ţesut, deci pasul următor ar fi transformarea celulelor într-unele stem. Pentru asta, echipa a folosit un fel de ser celular, un „cocktail” de proteine care a transformat orice ţesut într-unul embrionar, în fază incipientă de evoluţie.
După o lună, sunt obţinute mai multe celule care sunt apoi înglobate într-o bilă. „Puteţi observa celulele aici, însă sunt încă mici. Sunt la mărimea unui embrion”, spune Lancaster.
În cele din urmă, fiecare celulă stem se va specializa, transformându-se dintr-o bilă în celule diferite. Fiecare dintre ele se va transforma în cele ale creierului. Pentru a începe, cercetătorii sunt „părinţi adoptivi” care îşi hrănesc embrionii şi îi ajută să crească. Însă nu sunt „răsfăţaţi” pentru mult timp. Următorul pas este acela de a transfera celulele într-un nou vas, de această dată cu foarte puţine elemente nutritive. În momentul în care celulele încep să „flămânzească”, cele mai multe dintre ele vor muri, lăsându-le pe cele ale creierului să supravieţuiască. În cele din urmă, creierele în dezvoltare sunt acoperite de un fel de jeleu. „Nu este un jeleu normal, ci unul care este lichid la bază apoi se transformă la căldura din incubator”, spune Madeleine. Jeleul joacă rolul unui ţesut în care creierul este învelit în mod normal în stadiu embrionar, ceea ce îl ajută să se dezvolte în mod normal. Ultimul pas este acela de a aştepta. După 3 luni, produsul final este un creier de 4 milimetri care conţine 2 milioane de neuroni. „Un creier complet dezvoltat al unui elan conţine 4 milioane, deci putem obţine mult mai mult”, explică cercetătoarea. Creierele sunt stimulate în mod constant cu electroşocuri pentru ca neuronii să înceapă să funcţioneze. „Nu este o practică specială, dar ne ajută să creăm neuroni care se comportă ca nişte neuroni”, spune ea.
Madeleine compară acest lucru cu celulele inimii, însă cele două sunt diferite deoarece cele ale creierului sunt în continuă mişcare. „Chiar dacă vrei vrea să pui doar un neuron într-un vas, acesta va trebui să aibă contact şi cu alţii pentru a fi eficient”, spune dr. Lancaster.
Nimeni nu înţelege cum sunt creierele capabile să ofere gânduri
În acest moment, creierele lui Lancaster nu sunt capabile să gândească. Este surprinzător de dificil de explicat ce este acela un gând. De obicei, atunci când primim stimuli din exterior (mirosuri, idei, sunete), creierele noastre stochează informaţia întărind conexiunile dintre neuroni şi creând alţii. Un adult normal are în jur de 1.000 trilioane, care este comparativ cu 1 trilion de biţi pe secundă, dacă ne referim la computere. Și aici este problema. Chiar dacă sunt alcătuiţi din aceleaşi celule, fără un corp care să furnizeze informaţiile necesare, creierele pur şi simplu nu se pot dezvolta normal. „Neuronii funcţionează, însă nu sunt organizaţi împreună”, explică Madeleine. Ea îi dă exemplu pe oamenii care se nasc orbi. „Nefiind capabili să se expună la lumină, partea aceea a creierului nu se dezvoltă”. Dacă treci creierul artificial printr-un EEG, probabil nu vei observa nimic. Acele încreţituri ale creierului, pe care aparatele le percep ca milioane de neuroni care funcţionează în sincron oferă semnale electrice care le pot face detectabile prin scalp.
Diferenţa dintre inteligenţa umană şi cea a maimuţelor
Însă a face creiere conştiente nu a fost parte din plan. În schimb, Lancaster îl foloseşte pe al său pentru a răspunde la un mister ce există de zeci de ani: pentru toată superioritatea intelectuală, diferenţa genetică dintre oameni şi cimpanzei este de 1,2%. Doar de 12 ori mai mare decât cea între indivizi diferiţi care este de 0,1 %. De ce?
Pentru a afla, echipa a luat diferite gene implicate în dezvoltarea creierului şi le-a înlocuit cu cele ale cimpanzeilor, apoi le-a folosit pentru a crea creiere hibride între oameni şi maimuţe. Pe măsură ce se dezvoltă, rolul genei devine adesea clar; creierele cu gene de cimpanzeu sunt mai mici decât cele ale oamenilor, sau conţin puţini neuroni. Cu alte cuvinte, creierele îi ajută pe oamenii de ştiinţă să experimenteze lucruri pe care nu aveau voie până acum (imaginaţi-vă cum ar fi să se adauge gene de cimpanzeu unui creier uman). În cele din urmă, Lancaster speră să reuşească acest lucru în laborator cu creiere de cimpanzeu artificiale.
Scopul: studierea diferitelor boli umane
Acest lucru este complicat, doarece sunt specii protejate. Pot doar să ia puţină piele de la ei, dar au găsit o alternativă destul de bizară: suplimentarea celulelor. „În mod normal după ce un animal fată, placenta este aruncată, însă noi o putem folosi”, spune dr. Lancaster. Pe de altă parte, organismele sunt folosite pentru a studia diferite boli ale oamenilor, de la autism, la schizofrenie. A fost dificil de făcut acest lucru până acum, deoarece animalele nu suferă de aceste boli. Spre exemplu autismul. Copiii cu autism sever nu sunt capabili să vorbească – cum pot studia acest lucru pe un elan dacă el nu poate să vorbească în mod normal? Prin compararea creierelor celor sănătoşi şi ale celor care suferă de autism, cercetătorii au putut să arate că această boală este cauzată de un dezechilibru între două tipuri principale de neuroni: cei care iniţiază semnale şi cei care acţionează ca o frână.
„Într-un creier normal, există o linie fină între aceste două tipuri, deci vă puteţi imagina cât impact are asupra modului de funcţionare a reţelelor”, spune Lancaster. Adevărata descoperire nu este faptul că aceste creiere simulează aceste boli, însă oferă cercetătorilor posibilitatea de a călători înapoi în timp şi de a afla de ce creierele autiştilor sunt atât de diferite. „Le putem urmări în timp şi să aflăm în ce stadiu al evoluţiei începe să arate diferit”, spune Madeleine. Creierele artificiale ne-au schimbat percepţia asupra creierului, bolile de care suferă oamenii şi ceea ce îi face pe aceştia speciali. Chiar dacă au fost inventate în 2013, o simplă căutare pe Google despre „organismele cerebrale” arată că există deja 2.820 de hârtii ştiinţifice.
Ce ne rezervă viitorul?
Câteva grupuri de cercetători au ajutat la dezvoltarea creierului, incluzând suplimentarea de sânge ca să crească mai mari, creierele de 4 milimetri sunt în întregime dependente de oxigen şi nutrienţi oferiţi din lichidul ce le înconjoară.
Pentru mulţi cercetători, scopul suprem este acela de a ajunge într-un stadiu în care creierele se comportă ca unul normal, să creeze reţele care pot fi studiate în laborator, precum creierele de şoareci. Pentru moment, aceste organisme sunt la fel de inerte precum boabele de popcorn cu care seamănă, concluzionează BBC.com.
Precizare:
Ziarul Cotidianul își propune să găzduiască informații și puncte de vedere diverse și contradictorii. Publicația roagă cititorii să evite atacurile la persoană, vulgaritățile, atitudinile extremiste, antisemite, rasiste sau discriminatorii. De asemenea, invită cititorii să comenteze subiectele articolelor sau să se exprime doar pe seama aspectelor importante din viața lor si a societății, folosind un limbaj îngrijit, într-un spațiu de o dimensiune rezonabilă. Am fi de-a dreptul bucuroși ca unii comentatori să semneze cu numele lor sau cu pseudonime decente. Pentru acuratețea spațiului afectat, redacția va modera comentariile, renunțînd la cele pe care le consideră nepotrivite.