Биологический компьютер содержит около 200 тысяч живых нейронов, полученных из стволовых клеток донорской крови. Ранее эта мини-культура успешно освоила простую аркаду Pong, где нужно двигать платформу для отбивания мяча. Теперь же ученые перешли к трехмерному виртуальному пространству.
Клетки человеческого мозга, выращенные на микрочипе, отлично играют в Doom
Австралийские ученые из лаборатории Cortical Labs обучили выращенные в лаборатории клетки человеческого мозга играть в легендарный шутер Doom. Исследователи соединили живую биологическую ткань со специальным кремниевым чипом CL1. Проект доказывает, что подобные гибридные системы способны адаптироваться к сложным стимулам в режиме реального времени и обучаться для выполнения конкретных задач.
Микроскопический снимок клеток коры головного мозга и гиппокампа на чашке для культивирования клеток. AFP
Органоиды и будущее биокомпьютинга. Создание гибридных чипов относится к развивающейся области — биокомпьютингу. В схожих исследованиях ученые используют органоиды — трехмерные мини-копии человеческих органов, выращенные в лаборатории. В 2023 году исследователи подключили органоид мозга к компьютерной сети и обучили его распознавать человеческую речь. Живая ткань смогла отличать голоса разных людей по звуковым волнам, преобразованным в электрические импульсы. Это доказывает, что биологические процессоры способны воспринимать сложную информацию. Главной проблемой технологии остается недолговечность: клетки живут около полугода и пока не могут выдавать стабильно программируемый результат. Но ученые уверены, что интеграция биологии и электроники станет основой для создания экологичного искусственного интеллекта нового поколения.
Doom требует от игрока исследовать окружение и уничтожать врагов, что стало серьезным вызовом для сгустка клеток. Сначала нейроны вели себя как абсолютные новички: постоянно врезались в стены, хаотично стреляли и крутились на месте. Однако со временем они начали действовать более целенаправленно и точнее атаковать монстров.
Чипы с массивом микроэлектродов и питательными веществами, соединенные с нейронами в лаборатории Cortical Labs.
Для обучения авторы работы преобразовали цифровой мир игры в паттерны электрических сигналов. При появлении врага определенные электроды стимулируют клетки, заставляя их реагировать. Различные типы активности нейронов превращаются в игровые команды — движение или стрельбу. Ученые отслеживают эти импульсы на мониторе в виде тысяч микроскопических точек и корректируют входящие сигналы, направляя действия живой системы.
Перспективы биологических процессоров
Разработчики подчеркивают, что потенциал чипа CL1 выходит далеко за рамки видеоигр. Технологию можно программировать для самых разных сфер: от робототехники и машинного обучения до моделирования заболеваний и тестирования лекарств. Огромным преимуществом таких систем является их энергоэффективность.
Менеджер по интеграции научных систем Джастин Бёрк (слева) и Алон Лёффлер (справа) с микроскопическим снимком клеток коры головного мозга и гиппокампа на чашке для культивирования клеток.
Человеческий мозг потребляет всего около 20 ватт энергии, что недостижимо для современных кремниевых суперкомпьютеров и искусственного интеллекта. По мнению экспертов, проект представляет собой серьезную науку, которая в будущем поможет решить проблему энергопотребления в ИТ-индустрии, предоставив человечеству новые уникальные технологические возможности.
Главный научный сотрудник Cortical Labs Бретт Каган так прокомментировал работу: «Мы только нащупываем поверхность того, чего могут достичь эти нейронные культуры при интеграции в такие системы, как CL1. Наши нейронные культуры исследовались для решения самых разных задач — от робототехники, задач обучения в реальном времени, похожих на ИТ, до здравоохранения, медицины, моделирования заболеваний, скрининга лекарств и даже персонализированной медицины».