Ученые разработали гибридный компьютер под названием "Brainoware", который использует человеческие нейроны и стандартное компьютерное оборудование.
Это устройство, созданное в результате сотрудничества инженеров и нейробиологов из Университета Индианы (США), объединяющее ткани человеческого мозга с вычислительной электронной средой, является, по оценкам экспертов, новым прорывом на стыке информатики и нейробиологии. Создание такого компьютера может изменить подход к искусственному интеллекту, предлагает ранее не использовавшиеся варианты для разработки процессоров нового типа. Как отмечают специалисты, этот тип устройства также позволит изучать неврологические расстройства, как никогда раньше. Описание этой исследовательской работы Университета Индианы имеется в журнале Nature Electronics.
В основе разработки Brainoware лежит использование клеток головного мозга - трехмерных структур, выращенных в лаборатории из плюрипотентных стволовых клеток. Эти клетки обладают уникальной способностью дифференцироваться в различные типы клеток, в том числе в нейроны, тем самым имитируя сложность и функции мозговой ткани человека. Исследователи тщательно культивировали эти органоиды, чтобы они воспроизводили определенные аспекты коры головного мозга человека, области мозга, участвующей в таких высокоуровневых функциях, как мышление, память и принятие решений.
Чтобы интегрировать эти органоиды в компьютерную систему, исследователи поместили их на пластины, содержащие тысячи микроскопических электродов, служащих мостом между биологической тканью и электронными схемами, обеспечивая двунаправленное взаимодействие. Таким образом, электрические сигналы могут передаваться органоидам, а ответы последних могут быть получены и проанализированы.
Такая конфигурация позволяет Brainoware обрабатывать информацию аналогично человеческому мозгу, но в электронном контексте. Переводя данные в электрические импульсы, исследователи смогли «общаться» с органоидами, используя их для выполнения определенных задач.
Способность Brainoware выполнять сложные задачи была проиллюстрирована его успехом в распознавании речи - задаче, которая требует высокой точности и способности различать тонкие нюансы в аудиоданных. Чтобы проверить эту способность, исследователи ознакомили Brainoware с набором из 240 голосовых записей восьми мужчин, говорящих по-японски. Задача заключалась в том, чтобы идентифицировать отдельные голоса среди этих записей. Brainoware обработала эти аудиоданные, преобразовав их в электрические сигналы, которые затем передавались на органоиды мозга. Последние реагировали на каждый голос уникальным образом, создавая отчетливые паттерны нейронной активности.
После относительно короткого периода обучения система достигла 78 % точности идентификации говорящих.
Как отмечают исследователи, Brainoware открывает новые возможности для искусственного интеллекта и нейробиологии. Когда дело доходит до искусственного интеллекта, эта технология может привести к созданию более энергоэффективных систем, способных обрабатывать информацию способами, близкими к человеческому мозгу.
Однако проведенные исследования показали наличие у Brainoware и ряда проблем, главной из которых на сегодняшний день является поддержание жизнедеятельности и рост органоидов головного мозга, особенно по мере того, как эти структуры становятся больше и сложнее. Как указывают исследователи, обеспечение долгосрочной жизнеспособности этих органоидов в искусственной среде требует значительных достижений в области биотехнологии и управления системами жизнеобеспечения.