Ученые из Университета Иллинойса собрали «живой компьютер» с использованием клеток мозга мыши для проверки концепции, которая в будущем поможет в создании роботов, управляемых мозгом.
Эндрю Доу, аспирант лаборатории микро- и нанотехнологий, возглавил команду ученых, которые перепрограммировали стволовые клетки мыши для получения набора нейронов. Затем команда вырастила около 80 000 нейронов в чашке Петри (чаша для культивирования клеток), создав плоский слой клеток, который в конечном итоге должен был питать живой компьютер.
Компьютер состоит из коробки размером с ладонь, которая находится внутри инкубатора, поддерживающего жизнь живых клеток. Команда Доу поместила слой нейронов на сетку электродов под оптическим волокном, оба внутри коробки, чтобы создать пространство, в котором нейроны будут стимулироваться электричеством и светом. Но этого было недостаточно, чтобы получилось что-то похожее на компьютер; исследователям также пришлось обучить эту систему функционировать как компьютер.
Доу и его коллеги хотели, чтобы их система имитировала нейронную сеть, способную «обучаться» и распознавать связи между данными. С этой целью они обучили компьютер распознавать закономерности, мигая светом и электрическими импульсами в различных ритмах, а затем позволяя нейронам отдыхать в течение 30 минут. После периода отдыха исследователи записывали и анализировали ответы нейронов с помощью обычного компьютерного чипа.
Лаборатория микро- и нанотехнологий Университета Иллинойса.
Команда Доу измерила производительность компьютера по шкале F1 (от 0 до 1), обычно используемой для тестирования нейронных сетей. Сначала компьютер не мог набрать больше 0,6; нейроны продолжали запускать то, что казалось случайными электрическими сигналами. Команде пришлось разработать «комбинацию химических и дополнительных электрических импульсов», чтобы успокоить эту активность, после чего компьютер набрал 0,98 — почти идеальный результат.
Относительно быстрый успех "живого компьютера" побудил команду продолжить работу над компьютерами и роботами, работающими на клетках мозга. Другие лаборатории также работают над созданием жизнеспособных биокомпьютеров, и все согласны с тем, что компьютеры, работающие на клетках мозга, могут в конечном итоге хранить больше информации или обрабатывать данные гораздо быстрее, чем наши обычные компьютеры. Обучение живого компьютера Доу заняло гораздо меньше времени, чем обучение обычной нейронной сети; если команда сможет увеличить размер компьютера, то она может справиться с более сложным обучением и запросами. Исследователи также надеются, что увеличение размера и сложности компьютера может привести к «неожиданному поведению», которому они его не обучали.
