|
Компьютер, который использует человеческие нейроны
|
|
|
|
Ученые представили гибридный компьютер, состоящий из электроники и тканей, подобных человеческому мозгу, под названием «Brainoware». Это часть развивающейся области под названием биологические вычисления. Новая технология представляет собой «органоид» мозга, состоящий из стволовых клеток человека, который находится на печатной плате, которая передает органоиду информацию и считывает его ответы. Этот биологически-электронный гибрид был способен распознавать людей по голосу и делать прогнозы по сложной математической задаче. Исследователи утверждают, что это открытие представляет собой значительный шаг на пути к гибридным компьютерам, которые объединяют человека и машину для решения сложных вычислительных задач, используя часть мощности, необходимой обычным компьютерам. По словам ученых, создавших Brainoware, он также может поддерживать искусственный интеллект, позволяя компьютерам имитировать человеческий мозг.
|
|
|
|
Человеческий мозг — это естественный компьютер, развивавшийся на протяжении миллионов лет. И даже несмотря на то, что электронные компьютеры становятся все более сложными и мощными, мозг по-прежнему превосходит их по эффективности, когда дело доходит до требований к питанию, пишет команда Brainoware: «Человеческий мозг обычно потребляет около 20 Вт, тогда как нынешнее оборудование искусственного интеллекта потребляет около 8 миллионов Вт для управлять сравнительной [искусственной нейронной сетью». В новом компьютере Brainoware «органоид» мозга, состоящий из стволовых клеток человека, располагался на печатной плате, которая передавала органоиду информацию и считывала его ответы. Brainoware — это пример того, что ученые-компьютерщики называют «резервуарными вычислениями», когда компьютер подает информацию в сложную сеть — в данном случае в органоид мозга — и интерпретирует выходные данные.
|
|
|
Идея резервуарных вычислений заключается в том, что компьютеры, передающие информацию в ткани мозга и считывающие выходные данные, можно обучать или настраивать, используя преимущества сложности органоида, не требуя полной карты или понимания его клеточных сетей. Другими словами, органоид — это своего рода «черный ящик», и ученым не нужно точно знать, как он работает, чтобы его использовать. Органоид не является частью мозга живого человека, а выращен из так называемых плюрипотентных стволовых клеток, клеток, которые можно уговорить сформировать любой тип ткани тела. Ученые из Университета Индианы в Блумингтоне, Университета Флориды и Медицинского центра Детской больницы Цинциннати использовали плюрипотентные стволовые клетки для выращивания корковых органоидов человека. Примерно через месяц роста органоиды содержали несколько типов клеток человеческого мозга, в том числе нейроны, нейральные клетки-предшественники, которые превращаются в различные клетки мозга, и иммунные клетки, называемые астроцитами.
|
|
|
|
Эти органоиды имитируют самые основные аспекты коры головного мозга человека, поверхности мозга, которая выполняет важные функции, включая обучение, рассуждение и решение проблем. В ходе эксперимента по распознаванию речи Brainoware попросили распознать голоса разных японских мужчин из коллекции из 240 аудиоклипов. В первых тестах он достиг точности лишь около 51 процента. Но уже через пару дней тренировок его показатели улучшились до 78-процентной точности. «Эти результаты показывают, что электрическая стимуляция во время тренировки может запустить неконтролируемое обучение Brainoware для улучшения производительности вычислений за счет изменения функциональной связи органоида», — пишут авторы исследования. Органоиды не могут «думать» и не обладают сознанием в том виде, в котором мы его знаем, но у них есть естественная способность образовывать новые связи. Основная часть того, что делает новый компьютер мощным, — это способность человеческого мозга к реорганизации. В нормальных обстоятельствах человеческий мозг в ответ на новый опыт формирует новые связи – формируя воспоминания и навыки обучения, которые сохраняются в связях между нейронами. Похоже, именно это и происходит с Brainoware. В ходе еще одной проверки способности решения задач ученые поручили Brainoware предсказать карту Энона — хаотический тип нелинейного математического уравнения.
|
|
|
|
Как и в упражнении по распознаванию речи, система улучшила свою точность после нескольких систем обучения. Когда ученые заблокировали нейронную пластичность – способность органоидов образовывать новые связи – такого улучшения не произошло. «Результаты показали, что обучающая активность Brainoware зависела от пластичности нейронов», — написали они. Работа появилась сегодня в журнале Nature Electronics. Разработка Brainoware поддерживает идею о том, что эти гибридные компьютерные системы могут решать сложные проблемы, но необходима дальнейшая работа, чтобы действительно доказать их возможности, написала другая группа исследователей в приглашенном комментарии. «На следующих шагах, чтобы показать, что органоиды мозга могут служить моделью обучения in vitro, необходимо будет продемонстрировать аспекты долговременной памяти, способность учиться нескольким задачам и дифференцировать уникальный вклад органоида от других». связанных вычислительных систем», — написали они. «Это будет иметь решающее значение для исследования биологических механизмов, которые обеспечивают непрерывное обучение на протяжении всей жизни».
|
|
|
|
Источник
|
