Играющий полумозг

Исследователи из Университета Монаша (Австралия) совместно с мельбурнской компанией Cortical Labs разработали компьютерный чип нового поколения, в электроды которого «вмонтировано» около 800000 биологических клеток мозга. Одни из них принадлежат человеку, другие – мыши. Проект реализуется в рамках Австралийской национальной программы грантов на исследования в области разведки и безопасности.

Функционирующие искусственные мозги – это вообще-то уже не новость. Так, в начале этого года сотрудники Университета Линчепинга (Швеция) создали синтетический нейрон, почти точно имитирующий характеристики биологических нервных клеток. Это стало возможно благодаря новой технологии передачи ионов.

Первым вариантом такой клетки стал искусственный органический нейрон, который затем в качестве эксперимента интегрировали в живое плотоядное растение. Речь идет о растениях, которые способны заманивать в ловушку и съедать мелкие живые организмы, например насекомых. Хотя с помощью клетки удавалось управлять открытием и закрытием «пасти» растения, лишь две из ее характеристик соответствовали параметрам настоящей биологической клетки.

Ранее в журнале Nature Materials были опубликованы результаты очередного исследования группы органической наноэлектроники в лаборатории органической электроники во главе с доцентом Симоной Фабиано. Ее участники разработали новый вариант искусственной нервной клетки – органический электрохимический нейрон (c-OECN), точно имитирующий 15 из 20 нейронных характеристик естественных биологических процессов. По словам Фабиано, в отличие от традиционных искусственных нейронов, изготовленных из кремния, c-OECN используют для коммуникации ионы, подобно реальным биологическим нервным клеткам.

В сотрудничестве с Каролинским институтом (KI) Фабиано и его команда провели серию экспериментов, в ходе которых c-OECN подключили к блуждающему нерву мышей. В результате частота их сердечных сокращений повысилась на 4,5%. А команда специалистов из Колумбийского университета (США) недавно создала искусственный мыслящий орган, структура которого сходна со строением мозга, пораженного шизофренией.

Конечно, мозг не совсем искусственный, он выращен из клеток эмбрионов мышей, у которых имеются гены, ответственные за формирование шизофрении. Ведь часто психические недуги передаются по наследству.

Ученые констатируют, что мозг, выращенный в чашке Петри, практически полностью идентичен настоящему. Так, между его клетками осуществляется полноценная локальная связь. Однако нейронные сигналы поначалу передавались нестабильно. Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали особый препарат для улучшения когнитивных способностей.

Разработка относится к категории органоидов – автономных копий различных органов, состоящих из живых биологических тканей. Предполагается, что такой мини-мозг позволит глубоко изучить нервную деятельность естественного мозга и понять, каким образом в нем возникают различные патологии неврологического и психиатрического характера.

В настоящее время авторы разработки занимаются адаптацией органоида мозга к экспериментам, связанным с имитацией эпилепсии и болезни Паркинсона. Они верят, что в дальнейшем опыты с мозговыми органоидами помогут создавать эффективные методики лечения соответствующих недугов.

Массив микроэлектродов, который лежит в основе DishBrain (так называется новая разработка австралийских исследователей), способен не только считывать мозговую активность, но и стимулировать ее, подавая электрические сигналы. В порядке эксперимента ученые заставили свой «полумозг» сыграть в популярную игру пинг-понг. Получая информацию о перемещении мяча, искусственный орган мышления воздействовал на ракетку, отклоняя ее вправо или влево.

На следующем этапе тестирования была разработана несложная система стимуляции, основанная на тенденции небольших скоплений мозговых клеток минимизировать фактор непредсказуемости окружающей среды. Это выглядит так: если ракетка отбивает мяч, то клетки мозга получают в качестве поощрения предсказуемый стимул. Если же она промахивается, то на клетки в течение четырех секунд оказывается некое непредсказуемое воздействие.

По словам специалистов, работающих над проектом, впервые клетки мозга, выращенные лабораторным способом, смогли не только реагировать на окружающую среду, но и оказывать на нее определенное влияние. «В будущем такие чипы, объединяющие биологические составляющие и искусственный интеллект, могут в конечном итоге превзойти по производительности существующее чисто кремниевое оборудование, – считает руководитель проекта, доцент Адил Рази. – Результаты наших исследований будут иметь серьезные последствия в таких областях, как планирование, робототехника, передовая автоматизация, интерфейсы «мозг-машина» и разработка лекарств».

По мнению разработчиков, расширенные возможности DishBrain могут вывести широко практикуемое сейчас машинное обучение на новый уровень. Новая технология может найти применение, скажем, в области создания беспилотных транспортных средств, различных роботов и дронов. Это с большой вероятностью приведет к появлению «нового типа машинного интеллекта, способного учиться на протяжении всей своей жизни», комментирует Рази. Он подчеркивает, что устройства, оснащенные полубиологическими чипами, станут хорошо адаптироваться к различным изменениям и смогут использовать полученные ранее знания в новых ситуациях, при этом оптимизируя использование своих вычислительных мощностей, памяти и энергии.

«Мы используем этот грант для разработки более совершенных моделей ИИ на основе обучающихся биологических нейронных сетей, – обещает ученый. – Это поможет расширить возможности оборудования и методов до такой степени, что они станут жизнеспособной заменой для классических вычислений».