Мозг нескольких крыс соединили в сеть и научили предсказывать погоду

Группа нейрофизиологов из Университета Дьюка объединила мозг четырех живых крыс в единую распределенную сеть. Совместными усилиями крысы смогли давать более точный прогноз погоды, чем поодиночке. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Ученые имплантировали каждой крысе две группы электродов, расположенных на разных полушариях мозга. Первая группа должна была стимулировать мозг крыс, а вторая записывала нервную активность в соматосенсорной коре и передавала ее в центральный компьютер. Мозг каждой крысы был подсоединен напрямую к компьютеру и скоммутирован с мозгами всех остальных крыс в группе.

Вместе система работала следующим образом. Компьютер регистрировал одновременную активность совокупности нейронов (от 15 до 66 в разных пробах) всех четырех крыс. После чего в реальном времени анализировал ее, а затем вновь транслировал в соматосенсорную кору животных посредством метода интрокортикальной микростимуляции.  Такая «живая архитектура» позволила решить ряд классических вычислительных задач, например, дискретную классификацию или обработку изображений. Однако наиболее интересным из поставленных группой экспериментов стало предсказание погоды.

Первоначально крыс натренировали синхронизировать свою мозговую активность. Для этого их на время лишали воды, после чего компьютер посылал сигналы в одну и ту же популяцию нейронов каждой крысы. Эти сигналы обрабатывались мозгом крыс, а результат обработки регистрировался противоположной группой электродов. Таким образом, получалась как бы однослойная нейросеть. Полученный ответ анализировался компьютером, и в том случае если он был в достаточной степени синхронизированным – крысам давали попить.  Устойчивый результат удавалось получить уже после 10 проб.

Чтобы предсказать погоду, ученые использовали сеть только из трех крыс. Первой из них посылались два типа стимулов: стимул 1 – если температура воздуха повышалась в течение 10 часов и стимул 2 – если она, наоборот, понижалась. Двум другим крысам передавались сигналы об атмосферном давлении: стимул 3 при его повышении и стимул 4 при понижении. Совместная оценка комбинаций стимулов дает возможность оценить вероятность осадков. В том случае, если крысы обрабатывали информацию о стимулах согласованно, точность прогнозов в 1,5 раза превосходила таковую у одной крысы.

Ученые предполагают, что такой живой аналог параллельных вычислений станет прообразом будущих бионейрокомпьютеров. Их появление было уже предсказано в киберпанке. Так в фильме «Джонни Мнемоник» фигурирует бывший военный дельфин, способный взломать любой код. Ранее эта же группа продемонстрировала, что несколько обезьян способны синхронизировать работу своего головного мозга в интерфейсе «мозг-компьютер» для достижения общей цели.