สมองห้องแล็บพัฒนาครั้งใหญ่ ประมวลผลได้แบบเรียลไทม์พบคล้าย “เด็กวัยฝึกเดิน”

นักวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซ ประเทศสหรัฐอเมริกา พัฒนาสมองที่เพาะปลูกในห้องแล็บ (Brain Organoids) ให้ก้าวหน้าไปอีกขั้น โดยฝึกสอนให้มันมีความสามารถในการประมวลผลข้อมูลได้แบบเรียลไทม์ คล้ายกับการลองผิดลองถูก ที่เด็กวัยฝึกเดินได้เรียนรู้ระหว่างเดิน นับเป็นความก้าวหน้าอีกครั้งที่น่าจับตา

ประวัติศาสตร์การเพาะปลูกสมองในห้องแล็บ

ย้อนไปในปี 1907 นักชีววิทยาชาวอเมริกัน เฮนรี่ แวน ปีเตอร์ส วิลสัน (Henry Van Peters Wilson) ได้เอาฟองน้ำ (sponges) มาบดผ่านตะแกรง จนเซลล์ของพวกมันแยกออกจากกันเป็นชิ้น ๆ แต่แทนที่เซลล์จะตาย มันกลับรวมตัวกันและก่อตัวขึ้นมาเป็นฟองน้ำที่มีชีวิตเหมือนเดิม ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเซลล์ของสิ่งมีชีวิต มีบางสิ่งบางอย่างที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนมากกว่าที่ตาเห็น และประกอบด้วยหลายเซลล์ด้วยกัน

หลังจากนั้นนักวิจัยได้ศึกษาเรื่องนี้มานานหลายทศวรรษ ในเวลาต่อมาจึงค้นพบ เซลล์ พลูริโพเทนต์ (pluripotent stem cells) หรือที่เรียกว่าเซลล์ต้นแบบ (master cells) ซึ่งมีความสามารถแบ่งตัวเพิ่มจำนวนตัวเองได้ (Self-renewal) และสามารถเปลี่ยนสภาพไปเป็นเซลล์เฉพาะทางอื่น ๆ ในร่างกายได้ (Differentiation) หากมีเงื่อนไขที่เหมาะสม ความสำเร็จนี้เริ่มจากการแยกสเต็มเซลล์ จากตัวอ่อนหนูในปี 1981 ตามด้วยตัวอ่อนมนุษย์ในปี 1998

จนกระทั่งปี 2013 มนุษย์จึงเพาะเลี้ยงสมองในห้องแล็บได้ครั้งแรก เมื่อทีมนักวิทยาศาสตร์นำโดยมาเดลีน แลนแคสเตอร์ (Madeline Lancaster) สร้างออร์แกนอยด์สมอง (organoids คือ เซลล์แบบจำลอง 3 มิติ) จำลองสมองของมนุษย์ขึ้นมา โดยสร้างมาจากสเต็มเซลล์ จึงมีเซลล์ประสาท (neurons) ของจริงอยู่ข้างใน ซึ่งสามารถส่งสัญญาณไฟฟ้าหากันได้ ออร์แกนอยด์สมองนี้ทำให้ทีมวิจัยสามารถศึกษาพัฒนาการของสมอง จำลองโรคทางระบบประสาท และทดสอบยาต่าง ๆ ก่อนการทดลองในมนุษย์

งานวิจัยใหม่ ออร์แกนอยด์สมองที่สามารถแก้ปัญหาคาร์ทโพลได้

ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซ นำโดยแอช รอบบินส์ (Ash Robbins) สามารถฝึกฝนออร์แกนอยด์สมองในห้องแล็บให้แก้ปัญหาคาร์ทโพล (cart-pole problem) ได้ โดยปัญหาคาร์ทโพลเป็นเกณฑ์มาตรฐานทางวิศวกรรม (engineering benchmark) ที่ใช้ทดสอบความฉลาดของ AI และหุ่นยนต์ เพื่อดูว่าระบบเหล่านั้นประมวลผลข้อมูลได้เร็วและแม่นยำแค่ไหน 

โดยพื้นฐานแล้ว ปัญหาคาร์ทโพล จะเหมือนการพยายามทำให้ไม้กวาดตั้งตรงบนฝ่ามือ แรงโน้มถ่วงจะทำให้ไม้กวาดหล่นลงมา ดังนั้นเราต้องพยายามขยับตำแหน่งตลอดเวลาเพื่อให้ไม้กวาดตั้งตรงให้ได้ หากขยับมากเกินไปหรือน้อยเกินไป ไม้กวาดก็จะล้มลง มนุษย์ทุกคนจำเป็นต้องแก้ปัญหานี้เพื่อที่จะยืนและเดินตัวตรงได้ มนุษย์เรามีสัญชาตญาณและหูชั้นในที่ส่งสัญญาณบอกสมองว่าเรากำลังเอียงไปทางไหนเพื่อให้ร่างกายสามารถปรับสมดุลได้แบบเรียลไทม์ แต่สมองที่เพาะเลี้ยงในห้องแล็บไม่มีสิ่งเหล่านี้

นักวิจัยจึงได้กระตุ้นออร์แกนอยด์สมอง ด้วยสัญญาณไฟฟ้าที่ควบคุมโดยอัลกอริทึมการเรียนรู้แบบเสริมแรง และฝึกสอนออร์แกนอยด์สมองจนอัตราความสำเร็จในการแก้ปัญหาคาร์ทโพล เพิ่มขึ้นจากร้อยละ 4.5 ไปเป็นร้อยละ 46 และพบว่าออร์แกนอยด์สมองสามารถเรียนรู้แบบมีเป้าหมายได้ คล้ายกับการลองผิดลองถูกที่เด็กวัยหัดเดินต้องเผชิญขณะเรียนรู้ที่จะเดิน นับว่าเป็นความสำเร็จที่น่าทึ่ง

ความคิดเห็นจากผู้เชี่ยวชาญ

คีธ เฮงเกน (Keith Hengen) รองศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ผู้เชี่ยวชาญด้านกลไกการทำงานและการปรับตัวของเครือข่ายประสาท ได้ให้ความเห็นเชิงวิชาการต่อความก้าวหน้าครั้งนี้ว่า “นี่คือวงจรประสาทที่เรียบง่าย ไม่มีโดปามีน (สารเคมีที่สร้างความพึงพอใจ) ไม่มีประสบการณ์ทางประสาทสัมผัส ไม่มีร่างกายให้ดำรงอยู่ ไม่มีเป้าหมายให้แสวงหา แต่เมื่อได้รับสัญญาณไฟฟ้าเฉพาะจุด เนื้อเยื่อนี้ก็มีความยืดหยุ่นและโครงสร้างมากพอที่จะสามารถแก้ปัญหาด้านการควบคุมได้ ซึ่งผลลัพธ์นี้บอกเราถึงสิ่งสำคัญสิ่งหนึ่ง นั่นคือความสามารถในการคำนวณแบบปรับตัว (เรียนรู้และแก้ปัญหาตามผลลัพธ์) เป็นคุณสมบัติเฉพาะของเนื้อเยื่อสมองส่วนคอร์เท็กซ์ แยกต่างหากจากโครงสร้างค้ำจุนทั้งหมดที่เรามักคิดว่าจำเป็น”

นับเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญ ซึ่งอาจเปิดประตูสู่ความเป็นไปได้ใหม่ ๆ อีกมากมายในอนาคต การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Cell Reports ฉบับวันที่ 24 กุมภาพันธ์ 2026