Несмотря на поразительную историю AI, его вычислительная мощность бледнеет по сравнению с человеческим мозгом. Теперь ученые раскрывают революционный путь развития вычислительной техники: органоидный интеллект, где выращенные в лаборатории органоиды мозга действуют как биологическое оборудование
Несмотря на поразительную историю AI, его вычислительная мощность бледнеет по сравнению с человеческим мозгом. Теперь ученые раскрывают революционный путь развития вычислительной техники: органоидный интеллект, где выращенные в лаборатории органоиды мозга действуют как биологическое оборудование
Ученые по разным дисциплинам работают над созданием революционных биокомпьютеров, в которых трехмерные культуры клеток мозга, называемые мозговыми органоидами, служат биологическим оборудованием. Они описали свою дорожную карту реализации этого видения в журнале Frontiers in Science.
«Мы называем эту новую междисциплинарную отрасль „органоидным интеллектом“ (OI)», — сказал профессор Томас Гартунг из Университета Джона Хопкинса.
«Сообщество ведущих ученых собралось, чтобы разработать эту технологию, которая, по нашему мнению, начнет новую эру быстрых, мощных и эффективных биокомпьютеров».
Органоиды головного мозга являются разновидностью клеточной культуры, выращенной в лаборатории. Несмотря на то, что органоиды мозга не являются мини-мозгами, они имеют общие ключевые аспекты функции и структуры мозга, такие как нейроны и другие клетки мозга, которые важны для таких когнитивных функций, как обучение и память. Кроме того, в то время как большинство клеточных культур плоские, органоиды имеют трехмерную структуру. Это увеличивает плотность клеток культуры в 1000 раз, что означает, что нейроны могут образовывать гораздо большее количество связей.
Но даже если органоиды мозга хорошая имитация мозга, как они делают хорошие компьютеры? В конце концов, разве компьютеры не умнее и быстрее мозга?
«Хотя кремниевые компьютеры, безусловно, лучше с числами, мозг лучше учится, — объяснил Гартунг. — Например, AlphaGo [ИИ, победивший первого игрока в Go в 2017 году] обучался на данных 160 000 игр. Человеку пришлось бы играть пять часов в день более 175 лет, чтобы почувствовать это количество игр».
Мозг не только лучше учится, но и энергоэффективнее. К примеру, количество энергии, затраченной на тренировку AlphaGo, превышает количество, необходимое для поддержания активности взрослого человека в течение десяти лет.
«Мозг также обладает удивительной способностью хранить информацию, которая оценивается в 2500 ТБ «, — добавил Хартунг.
«Мы достигаем физических границ кремниевых компьютеров, поскольку мы не можем упаковать больше транзисторов в крошечный чип. Но мозг устроен совсем по-другому. Он содержит около 100 миллиардов нейронов, связанных свыше 1015 точек соединения. Это огромная разница в мощности по сравнению с нашей текущей технологией».
По словам Гартунга, нынешние органоиды мозга необходимо увеличить для OI. «Они слишком малы, каждая содержит около 50 000 клеток. Для OI нам нужно будет увеличить это число до 10 миллионов», — пояснил он.
Параллельно авторы также разрабатывают технологии для общения с органоидами: другими словами, посылают им информацию и считывают то, что они «думают». Авторы планируют адаптировать инструменты по разным научным дисциплинам, таким как биоинженерия и машинное обучение, а также разработать новые устройства для стимуляции и записи.
«Мы разработали устройство интерфейса мозг-компьютер, являющийся своего рода шапкой ЭЭГ для органоидов, которую мы представили в статье, опубликованной в августе прошлого года. Это гибкая оболочка, плотно покрытая крошечными электродами, которые могут воспринимать как сигналы от органоида, так и передавать сигналы ему», — сказал Хартунг.
Авторы предполагают, что, в конце концов, OI будет интегрировать широкий спектр инструментов стимуляции и записи. Это организует взаимодействие между сетями взаимосвязанных органоидов, осуществляющих более сложные вычисления.
Возможности OI выходят за пределы вычислительной техники — в медицину. Благодаря новаторской технике, разработанной лауреатами Нобелевской премии Джоном Гердоном и Шиньей Яманакой, органоиды мозга можно производить из тканей взрослого человека. Это означает, что ученые могут разработать персонализированные органоиды мозга из образцов кожи пациентов, страдающих нервными расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера. Затем они могут провести несколько тестов, чтобы исследовать, как генетические факторы, лекарства и токсины влияют на эти условия.
«С помощью OI мы могли бы также изучать когнитивные аспекты неврологических заболеваний», — сказал Хартунг.
«Например, мы могли бы сравнить формирование памяти у органоидов, полученных от здоровых людей и пациентов с болезнью Альцгеймера, и попытаться исправить относительный дефицит. Мы также могли бы использовать OI, чтобы проверить, определенные вещества, такие как пестициды, вызывают проблемы с памятью или обучением».
Создание органоидов человеческого мозга, способных обучаться, запоминать и взаимодействовать с окружающей средой, вызывает сложные нравственные вопросы. Например, могли ли они развить сознание даже в зачаточной форме? Могут ли они испытывать боль или страдание? И какие права будут у людей в отношении органоидов мозга, изготовленных из их клеток?
Авторы осознают эти проблемы. «Ключевой частью нашего видения является развитие ОИ в нравственной и социально ответственной манере», — сказал Хартунг.
«По этой причине мы изначально сотрудничаем со специалистами по этике. Все этические вопросы будут постоянно оцениваться группами, состоящими из ученых, этиков и общественности по мере развития исследования».
Несмотря на то, что ОИ все еще находится в зачаточном состоянии, недавно опубликованное исследование одного из соавторов статьи доктора Бретта Кагана из Cortical Labs предоставляет подтверждение концепции. Его команда показала, что плоская культура клеток мозга может научиться играть в видеоигру Pong.
«Их команда уже проверяет это с органоидами мозга», — добавил Хартунг. «И я бы сказал, что тиражирование этого эксперимента с органоидами уже соответствует базовому определению OI. С этого момента остается создать сообщество, инструменты и технологии для реализации полного потенциала OI», — подытожил он.
