Naukowcy wyhodowali maleńki ludzki mózg podłączony do komputera PC – szybko nauczył się rozwiązywać równania i rozróżniać ludzi po głosie

Nowe prace nad żywymi ludzkimi komórkami mózgowymi wykazały obiecujące możliwości połączenia żywej tkanki z komputerem. Kolonia żywych neuronów trenowała szybciej niż sztuczne modele, uzyskując prawie taki sam wynik. Pomijając kwestie etyczne, do których wciąż jeszcze daleko, żywe ludzkie komórki mózgowe mogą przewyższać obecne i przyszłe sieci neuronowe działające na chipach krzemowych, zarówno pod względem wydajności, jak i ekonomii.

Wykorzystując komórki macierzyste, naukowcy wyhodowali tak zwany organoid mózgowy – trójwymiarową kolonię komórek odtwarzającą strukturę neuronów i ich połączenia w mózgu. To nie pierwszy i na pewno nie ostatni eksperyment z żywymi komórkami pożyczonymi od człowieka. Wcześniej na przykład organoid mózgowy uczono gry w Ponga, co zakończyło się sukcesem. W takich badaniach najtrudniej jest przekazać informację do „mózgu” i ją odczytać.

Grupa profesora Guo Fena z Indiana University w Bloomington (USA) zaproponowała dość proste rozwiązanie – wyhodowali organoid na układzie elektrod o dużej gęstości. Elektrody, a to w istocie interfejs komputerowy, wprowadzały dane do komórek „mózgu” i odczytywały wynik jego późniejszej aktywności. Zatem w praktyce zaimplementowano architekturę sieci neuronowej typu spike (impuls) jako rezerwową. Naukowcy nie wiedzieli, co dzieje się w układzie neuronów, ale model życia warunkowego wykazał zdolność szybkiego uczenia się i liczenia.

Naukowcy nazwali swoją sieć neuronową Brainoware. System był szkolony przez dwa dni na zestawie 240 nagrań dźwiękowych ośmiu Japończyków wymawiających samogłoski. Po tym była w stanie rozpoznać konkretny głos z 78% dokładnością. System był również w stanie rozwiązywać równania przy użyciu map Henota z mniej więcej taką samą dokładnością. Zajęło to kolejne cztery dni szkolenia. Ponadto rozwiązanie równań różniczkowych przeprowadzono z większą dokładnością niż w przypadku sztucznej sieci neuronowej bez bloku długiego łańcucha elementów pamięci krótkotrwałej.

Mózg Brainoware po 7, 14, 28 dniach i kilka miesięcy później (dolny rząd w powiększeniu)

Żywy sztuczny „mózg” nie był tak dokładny jak sztuczne sieci neuronowe z długim łańcuchem elementów pamięci krótkotrwałej, ale każda z tych sieci przeszła 50 etapów uczenia. Sieć Brainoware osiągnęła prawie takie same wyniki w czasie krótszym niż 10% czasu poświęconego na szkolenie sztucznych obwodów.

„Być może miną dziesięciolecia, zanim powstaną uniwersalne systemy biokomputerowe, ale badania te prawdopodobnie dostarczą fundamentalnych informacji na temat mechanizmów uczenia się, rozwoju neuronów i poznawczych konsekwencji chorób neurodegeneracyjnych” – marzą autorzy pracy opublikowanej w czasopiśmie Nature Electronics .