Исследователи создали гибридный компьютер, названный «Brainoware», сочетающий человеческие нейроны с обычным компьютерным оборудованием. По внешнему виду это биотехнологическое устройство напоминает сюжет научной фантастики и может найти применение в биоинформатике.
В мире быстро развивающихся искусственного интеллекта и биотехнологий произошел удивительный прорыв: создан гибридный компьютер, соединивший передовую электронику с биологией. Устройство, разработанное инженерами и нейробиологами из Университета Индианы, объединяет ткани человеческого мозга в компьютерный каркас.
Этот прорыв на стыке информатики и нейронаук может изменить наш подход к искусственному интеллекту. Предлагается новая призма для разработки процессоров нового типа, одновременно поднимая беспрецедентные этические и технические вопросы. Кроме того, этот тип устройств позволит изучать неврологические расстройства как никогда раньше. Исследование опубликовано в журнале. .
Шаг к человеко-машинной интеграции
Разработка Brainoware командой из Университета Индианы в Блумингтоне – важный шаг к объединению биологии и электроники. В основе системы – церебральные органоиды: трехмерные структуры, выращенные в лаборатории из плюрипотентных стволовых клеток. Эти клетки способны дифференцироваться в разные типы клеток, включая нейроны, имитируя сложность и функции тканей человеческого мозга.
В компьютерную систему исследователи интегрировали органоиды, поместив их на пластины с тысячами микроскопических электродов. Электроды связывают биологическую ткань с электронными схемами, обеспечивая двустороннее взаимодействие. Благодаря этому электрические сигналы передаются органоидам, а их реакция фиксируется и анализируется.
Brainoware может обрабатывать информацию, как человеческий мозг, но при помощи электронных сигналов. Преобразовав данные в электрические импульсы, учёные смогли взаимодействовать с органоидами, поручая им выполнение конкретных задач.
Возможности и производительность гибридного компьютера
По своим возможностям Brainoware демонстрирует эффективность в решении сложных задач, как это видно из успехов в распознавании речи: задача, требующая точности и умения различить нюансы в звуковых данных.
Исследователи протестировали способности Brainoware, обработав 240 записей голосов восьми мужчин, говорящих на японском языке. Цель заключалась в распознавании отдельных голосов. Brainoware преобразовывал аудиоданные в электрические сигналы, которые передавались органоидам головного мозга. Каждый голос вызывал у органоидов разный ответ, формируя различные паттерны активности нейронов.
Результаты Brainoware в данной задаче впечатляют. После сравнительно короткого периода обучения система достигла точности идентификации говорящего на уровне 78%. Правда, она оказалась немного менее точной, чем искусственные нейронные сети с блоком долговременной памяти, но эти сети прошли 50 эпох обучения. Brainoware добилась результатов, близких к лучшим, за менее чем 10% от времени их обучения! Такая производительность в сложной задаче демонстрирует жизнеспособность церебральных органоидов в приложениях для обработки информации.
Будущие последствия
Brainoware открывает новые возможности для искусственного интеллекта и нейробиологии. В области ИИ эта технология может привести к созданию более эффективных систем, которые обрабатывают информацию, подобно человеческому мозгу. Повышенная эффективность будет полезна в областях с требованием сложного анализа данных, таких как распознавание голоса или зрения, так как эти процессы станут быстрыми и энергосберегающими.
Brainoware служит бесценной моделью для исследований мозга, особенно для изучения нейродегенеративных заболеваний, например болезни Альцгеймера.
Разработка Brainoware сталкивается с трудностями. Поддержание жизни и роста органоидов мозга — серьезная техническая задача, которая усложняется по мере увеличения их размера и сложности. Для обеспечения долговременной жизнеспособности этих органоидов в искусственной среде необходимы значительные успехи в биотехнологиях и управлении системами жизнеобеспечения.
Использование тканей человеческого мозга в компьютерах вызывает важные этические вопросы. Необходимо детально проанализировать последствия манипуляций с биологическими тканями человека и их интеграции в технические устройства, что подразумевает строгие правила и тщательный этический обзор.