Несколько компаний по всему миру и лишь небольшое число исследовательских групп работают над созданием биологических интеллектуальных компьютеров с использованием живых нейронов. Такие процессоры были бы несравнимо более эффективными, чем кремниевые чипы, поддерживающие искусственный интеллект, — рассказала CNN эксперт в области нейронаук, доктор Эвелина Куртыш.
Живой мозг невероятно эффективен в обработке информации — и если бы эту способность удалось применить в технологиях, это означало бы настоящую революцию в компьютерных науках, считает специалист.
«Основная причина, по которой мы работаем над компьютерами, созданными из живых нейронов, заключается в том, что нервные клетки чрезвычайно энергоэффективны. Мы знаем это, наблюдая за человеческим мозгом. На текущем этапе мы видим в этом главное преимущество использования живых нейронов. Современные исследования в области искусственных нейронных сетей сосредоточены в основном на скорости и точности, а вопросам энергосбережения уделяется гораздо меньше внимания. Тем временем потребление энергии ИИ растёт экспоненциально. Это будет серьёзной проблемой в будущем», — объяснила доктор Куртыш, исследователь швейцарской компании FinalSpark.
Она подчеркнула, что сейчас мы наблюдаем лишь самое начало работ по созданию живых компьютеров.
«Это крайне инновационная область. Помимо FinalSpark, над этим трудятся всего два стартапа — один в США и один в Австралии. Что касается научных исследований, то и их проводится очень немного. Особенно это касается работы с человеческими нейронами, поскольку получить их стало относительно просто лишь около 15 лет назад — из стволовых клеток, созданных из клеток кожи человека», — отметила исследовательница.
Создание «живого процессора» представляет собой грандиозную задачу по многим причинам.
«Во-первых, нейроны — это клетки, чрезвычайно чувствительные к любым изменениям в окружающей среде. Все параметры, такие как доступ к кислороду, питательным веществам, температура и прочее, необходимо строго контролировать. В наших экспериментах мы создаём группу из примерно 10 000 нейронов, формирующую структуру размером около 0,5 мм. Мы выращиваем их на специальной чашке с подходящей питательной средой», — рассказала она.
Несмотря на высокую чувствительность нервных клеток, они способны функционировать очень долго при правильных условиях.
«Мы знаем, что нейроны в человеческом мозге могут жить до ста лет — большинство из них работает с момента рождения до самой смерти. Теоретически живые нейросети в лабораторных условиях тоже могут функционировать годами. Мы поддерживаем наши клетки живыми в течение трёх месяцев — именно столько нам нужно на текущем этапе исследования», — сказала доктор Куртыш.
Взаимодействие с живыми сетями осуществляется с помощью традиционной электроники.
«Группа выращиваемых нейронов подключена сейчас к восьми электродам. С их помощью мы передаём и получаем электрические сигналы. Нейроны общаются с помощью химических и электрических импульсов. Таким образом мы обучаем нашу сеть и извлекаем из неё информацию», — пояснила она.
Более того, в лаборатории, где она работает, всё это можно делать дистанционно.
«Мы разработали такую систему во время пандемии. Благодаря ей мы открыли нашу лабораторию для команд со всего мира. Из полученных заявок на эксперименты мы отбираем самые интересные и даём другим учёным возможность бесплатно проводить их на наших сетях. У нас уже появились и первые коммерческие клиенты, арендующие нашу лабораторию удалённо», — добавила исследовательница.
Программирование живых клеток представляет собой огромную задачу:
«Процесс обучения живых нейронных сетей всё ещё остаётся предметом интенсивных исследований. На самом деле никто пока точно не знает, как именно мозг обучается; какие механизмы за этим стоят; каковы алгоритмы обучения мозга. Это гигантская научная проблема. Исследования в этом направлении ведутся на разных уровнях. Пока что мы проводим эксперименты, в которых отправляем клеткам различные электрические сигналы и измеряем их отклик. Наша цель — установить разумную зависимость между тем, что мы подаём на вход нейронам, и тем, что получаем на выходе».
Оказывается, живая сеть может функционировать как «чёрный ящик».
«Наша цель — не обязательно понять, как именно работают нейроны, как они обучаются. Нас прежде всего интересует результат. Если нам удаётся добиться обучения и выполнения разумных задач, то даже если мы не понимаем полностью, как это делают нейроны — это всё равно хорошо», — объяснила она.
Также, по её словам, возможна передача информации между сетями:
«Что касается переноса данных из одной сети в другую, мы считаем, что такие решения тоже появятся. Если мы разработаем методы считывания информации из сетей и их обучения, то, вероятно, сможем перенести информацию между ними — считать содержимое одной сети и обучить на его основе другую».
Параллельно в мире проводятся иные исследования — например, по использованию уже существующих нервных систем простейших организмов, таких как насекомые.
«Однако мы идём другим путём. Мы хотим создать биопроцессор на основе человеческих нейронов. Для малых групп клеток тип нейронов, возможно, не столь критичен — мы могли бы использовать клетки крыс или мышей. Но со временем, по мере роста структур, это может стать важным. Мы знаем, что человеческий мозг уникален и обладает наибольшими вычислительными возможностями среди всех видов. Мы считаем, что использование человеческих клеток позволит в будущем обрабатывать более сложные алгоритмы. У нас амбициозная цель — создать работающий биокомпьютер в течение десяти лет. Мы прогнозируем, что такая технология принесёт более миллиарда долларов прибыли в год», — подчеркнула Куртыш.
На данный момент исследователи добились только первых успехов в обучении сетей:
«Сейчас, на самом раннем этапе, нам удалось записать один бит информации в живую сеть. Это, конечно, очень немного, но уже можно считать успехом тот факт, что мы смогли управлять сетью из живых клеток. Наши конкуренты из австралийской компании Cortical Labs обучили аналогичную сеть управлять игрой Pong. Мы пытались воспроизвести этот результат, но пока не удалось», — рассказала она.
Однако, по её словам, это лишь начало пути.
«Я думаю, что достижение более сложных алгоритмов — вопрос времени и инвестиций. Сейчас мы ищем инвесторов, поскольку наш проект до сих пор полностью финансировался основателями компании. Нам также нужны эксперты в различных областях — как в технологиях, так и в биологии», — отметила она.
Между тем уже сейчас начинают подниматься вопросы этического характера, включая вопрос: могут ли сложные нейронные структуры обрести сознание?
«Это очень обширная тема, и любые утверждения по ней трудно доказуемы. Вопрос о сознании сам по себе крайне абстрактен и основан скорее на мнениях, чем на фактах. Тем не менее, эти вопросы важны. Мы также участвуем в обсуждениях с философами и этиками по этой теме. Пытаемся привлечь их внимание к проблеме. Уже начинают появляться первые научные публикации на эту тему. Мы не специалисты в философии или этике, поэтому хотим, чтобы своё мнение высказывали эксперты. Мы хотим, чтобы создаваемые нами технологии были приняты обществом. Исследования, проведённые на сегодняшний день, показывают, что отношение к таким технологиям в обществе неоднозначное — они вызывают как страх, так и интерес и надежду», — подчеркнула доктор Куртыш.
Однако даже если живые компьютеры будут созданы и получат широкое распространение, они вряд ли вытеснят традиционные процессоры.
«Я вижу будущее, в котором различные технологии будут сосуществовать и использоваться для разных целей. У нас будет множество типов процессоров. Уже сейчас создаются разные системы для конкретных задач. Кроме того, параллельно с обычными компьютерами разрабатываются квантовые процессоры, которые должны идеально подходить для определённых задач. То же самое будет и с живыми нейросетями. Традиционный компьютер, к примеру, лучше справляется с рутинными задачами, чем человек, но мозг лучше фильтрует информацию. Я считаю, что для всех технологий найдётся своё место. Однако мы уверены, что биологические нейронные сети будут более эффективны, чем те, что созданы на кремнии, и поэтому в некоторых случаях смогут их заменить», — заключила она.
Доктор Эвелина Куртыш — учёный, работающая над биологическими компьютерами в швейцарской компании FinalSpark. Специалист по нейронауке и коммерциализации новых технологий, а также стратегиям их развития.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos