В статье, опубликованной в Frontiers in Science, команда описывает, как биологические компьютеры могут превзойти сегодняшние электронные вычислительные устройства для решения ряда прикладных задач. При этом органический компьютер по энергозатратам на порядок эффективнее, современных серверных ферм.
Ученые начали с создания небольших кластеров из 50 000 клеток мозга, выращенных из стволовых клеток. Это примерно треть размера мозга плодовой мушки. В каждом кластере примерно 10 миллионов нейронов, что примерно соответствует количеству нейронов в мозгу черепахи. Для сравнения, средний человеческий мозг имеет более 80 миллиардов нейронов.
Для проведения эксперимента исследовательская группа взяла клетки эмбрионального мозга мыши, а также клетки человеческого мозга, полученные из стволовых клеток, и вырастила их поверх массивов микроэлектродов, которые могли как стимулировать их, так и считывать их активность.
В статье подчеркивается, что человеческий мозг продолжает значительно превосходить машины в выполнении определенных задач. Люди, например, могут научиться различать два типа объектов (таких, как собака и кошка), используя всего несколько образцов, в то время как алгоритмам ИИ нужны многие тысячи. И хотя ИИ победил чемпиона мира по го в 2016 году, он обучался на данных 160 000 игр — это эквивалентно пятичасовой игре в день на протяжении более 175 лет.
Прекрасный и новаторский аспект этой работы заключается в оснащении нейронов ощущениями — обратной связью. Примечательно, что искусственно выращенные культуры научились делать свой мир более предсказуемым, воздействуя на него. Это замечательно, потому что извне невозможно научить клетки такой самоорганизации; просто потому, что, в отличие от домашних животных, у этих мини-мозгов нет чувства награды и наказания
— профессор Карл Фристон, нейробиолог-теоретик из Калифорнийского университета Лондона.
Мозг также более энергоэффективен. Считается, что наш мозг способен хранить информацию, в миллион раз превышающую емкость среднего домашнего компьютера (2,5 петабайта), используя мощность, эквивалентную всего нескольким ваттам. Американские фермы данных, напротив, используют более 15 000 мегаватт в год.
В статье авторы излагают свой план «органоидного интеллекта» или ОИ с органоидами мозга, выращенными в клеточной культуре. Хотя органоиды мозга не являются «мини-мозгами», они имеют общие ключевые аспекты функционирования и структуры мозга. Кластеры должны быть значительно увеличены, примерно до 10 миллионов клеток.
Мы показали, что можем взаимодействовать с живыми биологическими нейронами таким образом, что заставляем их изменять свою активность. Это приводит к чему-то, напоминающему интеллект. Работая с командой замечательных людей, собранных профессором Хартунгом и его коллегами Cortical Labs теперь пытается воспроизвести эту работу с органоидами мозга
— Бретт Каган.
Новая область биокомпьютинга обещает беспрецедентный прогресс в скорости вычислений, вычислительной мощности, эффективности данных и возможностях хранения — и все это при более низком потреблении энергии. Кроме того, технология может позволить ученым лучше изучать персонализированные органоиды мозга, полученные из кожи или небольших образцов крови пациентов, страдающих нервными расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера, и проводить тесты для изучения того, как генетические факторы, лекарства и токсины влияют на эти состояния.
