นิวโรบอทและก้าวต่อไปของชีววิทยาการจัดระเบียบตนเอง

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างนิวโรบอทโดยใช้เซลล์กบ ซึ่งเผยให้เห็นว่าระบบประสาทจัดระเบียบตัวเองได้อย่างไร และส่งผลต่อพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตอย่างไร

แบบจำลองนิวโรบอทที่ย้อมสีแสดงให้เห็นเซลล์ที่มีขนเล็กๆ อยู่รอบขอบและเส้นใยประสาทอยู่ตรงกลาง (ที่มา: Advanced Science)

งานวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Science ของเยอรมนี แสดงให้เห็นว่า นักวิทยาศาสตร์ กำลังก้าวไปอีกขั้นในการทำความเข้าใจว่าชีววิทยาได้สร้างโครงสร้างสิ่งมีชีวิตที่มีฟังก์ชันการทำงานได้อย่างไร งานวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่นิวโรบอท ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ชีวภาพขนาดจิ๋วที่สร้างจากเซลล์กบและรวมเอาเซลล์ประสาทเข้าไปด้วย โดยพัฒนามาจากซีโนบอท ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ชีวภาพรุ่นก่อนหน้าที่ขาดส่วนประกอบของระบบประสาท

ด้วยเหตุนี้ ในปี 2020 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยทัฟส์ (สหรัฐอเมริกา) จึงสร้างซีโนบอตโดยใช้เซลล์กบ ซีโนบอตเป็นโครงสร้างสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่สามารถเคลื่อนที่ในน้ำ ซ่อมแซมตัวเองได้ และแม้กระทั่งประกอบเซลล์แต่ละเซลล์เข้าด้วยกันเพื่อสร้างซีโนบอตใหม่ โดยต่อยอดจากพื้นฐานนั้น ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยทัฟส์และสถาบันวิสส์ (สหรัฐอเมริกา) ได้ทำการทดลองเพิ่มเติมโดยการนำเซลล์ประสาทเข้าไปในโครงสร้างเหล่านี้เพื่อดูว่าจะเกิดอะไรขึ้น ซีโนบอตเวอร์ชั่นใหม่นี้เรียกว่า นิวโรบอต

ทีมวิจัยกล่าวว่านี่เป็นส่วนหนึ่งของความพยายามที่ใหญ่กว่าในการทำความเข้าใจว่ากลุ่มเซลล์สามารถจัดระเบียบตัวเองเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนได้อย่างไรภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย ข้อมูลเชิงลึกที่ได้รับอาจเป็นประโยชน์ในด้านชีววิทยาเชิงสังเคราะห์และเวชศาสตร์ฟื้นฟู

ในการสร้างซีโนบอต นักวิทยาศาสตร์ใช้เซลล์ที่ได้จากตัวอ่อนระยะแรกของกบเล็บแอฟริกัน Xenopus laevis เมื่อแยกเซลล์ต้นกำเนิดผิวหนังและนำไปเพาะเลี้ยงในจานเพาะเลี้ยง เซลล์เหล่านั้นจะรวมตัวกันเองโดยธรรมชาติกลายเป็นโครงสร้างขนาดเล็ก กลม มีขน และสามารถว่ายน้ำได้ โครงสร้างเหล่านี้สร้างขึ้นจากสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างค้ำยันหรือการดัดแปลงทางพันธุกรรม สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ และสามารถอยู่รอดได้ประมาณ 9 ถึง 10 วัน ด้วยสารอาหารที่เก็บไว้ในเซลล์ตัวอ่อนดั้งเดิม

ทีมวิจัยใช้หุ่นยนต์ประสาท (neurobots) ในการฝังกลุ่มเซลล์ต้นกำเนิดประสาทเข้าไปในใจกลางของหุ่นยนต์ชีวภาพขณะที่มันกำลังก่อตัว เซลล์เหล่านี้เจริญเติบโตและพัฒนาเป็นแอกซอนและเดนไดรต์ การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์เผยให้เห็นว่าหุ่นยนต์ประสาทเหล่านี้ได้สร้างคุณลักษณะสำคัญของระบบประสาทตามธรรมชาติ นักวิจัยยังยืนยันด้วยว่าเซลล์เหล่านี้สามารถทำงานได้ภายในเครือข่ายประสาทอย่างง่าย

เมื่อเปรียบเทียบกับไบโอบอทที่ไม่มีเซลล์ประสาท นิวโรบอทมักจะมีขนาดใหญ่กว่าและยาวกว่า และแสดงรูปแบบการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนกว่า เมื่อสัมผัสกับยาที่ส่งผลต่อการทำงานของสมอง นิวโรบอทก็จะเปลี่ยนการเคลื่อนไหวแตกต่างจากไบโอบอททั่วไปด้วย สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าเครือข่ายประสาทที่เกิดขึ้นใหม่ไม่เพียงแต่มีอยู่จริงในเชิงโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังมีส่วนร่วมโดยตรงในการกำหนดพฤติกรรมอีกด้วย

อีกหนึ่งการค้นพบที่น่าสนใจคือ การทำงานของยีนที่ไม่คาดคิดภายในนิวโรบอท ซึ่งรวมถึงยีนที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลภาพและเซลล์ที่ไวต่อแสง จากการค้นพบนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังตั้งข้อสงสัยว่านิวโรบอทอาจสามารถตอบสนองต่อแสงได้ในอนาคต แม้ว่างานวิจัยนี้จะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่ก็ค่อยๆ สำรวจว่า เซลล์ที่มีชีวิตสามารถจัดระเบียบตัวเองเป็นโครงสร้างที่ใช้งานได้อย่างไร ซึ่งเป็นการเปิดทางใหม่ๆ ในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ

แหล่งที่มา: https://baoquocte.vn/neurobot-va-buoc-tien-moi-cua-sinh-hoc-tu-to-chuc-385273.html