Сколько нужно клеток головного мозга человека для игры в легендарный DOOM? Оказалось, не так уж и много. Всего 200.000 штук. Единственное условие: эти клетки должны быть живыми и их надо соединить с микроэлектродной платформой. Созданная австралийскими учёными микросхема нейронной вычислительной системы CL-1 преобразует цифровые игровые данные в электрические биологические сигналы. Эта микросхема использует живые клетки человеческого мозга.
Я вырос на этой компьютерной игрушке - DOOM. Имея 33,6 килобитный модем (33,6 Кбит/с) можно было играть с другом, подключившись по телефонной сети.
Поэтому самой потрясающей новостью 3 марта стало известие от австралийской биотехнологической лаборатории Cortical Labs о разработке биологического чипа, обученного ориентироваться и реагировать на трёхмерное игровое пространство легендарной игры.
Исследователи лаборатории успешно запрограммировали или, правильнее было бы сказать, обучили живые нейроны человека, высаженные на кремний, играть в культовую игру DOOM 1993 года.
Команда на специальной платформе с микроэлектродами смогла вырастить 200.000 клеток головного мозга. На базе полученной микросхемы разработчики создали целую вычислительную систему.
Микросхема, встроенная в нейронную вычислительную систему CL-1, преобразует цифровые игровые данные в электрические биологические сигналы.
При "обучении" клеток игре DOOM, самым сложным была их адаптация к трёхмерному игровому пространству. К сожалению, обученные клетки пока не способны выиграть киберспортивный чемпионат, но с простой игрушкой они научились справляться.
На мой взгляд, успех эксперимента с живыми клетками мозга, высаженными на кремниевую платформу, наглядно показал значимый шаг в развитии "компьютерной" биологии. Полученный биологический чип оказался стабильным и обучаемым.
Ниже представлен скриншот экрана разработчика во время проводимого эксперимента.
Первая попытка обучить нейроны играть.
Событие 3 марта - не первый успех лаборатории Cortical Labs. Первый состоялся ещё 5 лет назад - в 2021 году. Тогда специалисты лаборатории смогли обучить одну из версий биологического чипа играть в простейшую двухмерную компьютерную игру Pong. Чип 5-летней давности содержал гораздо больше живых клеток, а именно 800.000. Живые клетки головного мозга располагались на микроэлектродных матрицах и всё это входило в гибридную вычислительную систему, способную обмениваться электрическими сигналами с цифровой средой.
Инженеры лаборатории обучили нейроны получать обратную связь от игры и посылать двигательные команды для управления игровыми ракетками, отбивающими виртуальный шарик.
На выращивание в лаборатории клеток, их интеграцию в вычислительную систему и последовавшее за этим программное обучение инженеры лаборатории потратили около полутора лет. Успешно завершившиеся результаты тестирования созданного оборудования подтолкнули разработчиков идти дальше.
Кто и как обучил нейроны "видеть" игровые 3D-объекты.
Главной проблемой в обучении биологического чипа игре в DOOM было преобразование визуальных данных в электрические паттерны, "видимые" и интерпретируемые нейронами. В этом команде помог независимый разработчик Шон Коул.
В течение одной недели независимый программист написал интерфейс на языке программирования Python. Затем, с помощью созданного интерфейса разработчик обучил нейроны ориентироваться в трёхмерном игровом пространстве.
Так нейроны смогли получать игровую информацию: расположение подвижных и неподвижных игровых объектов, обрабатывать её, а результирующую нейронную активность интерфейс преобразовывал обратно в цифровые команды. Живые мозговые клетки биологического чипа автономно перемещали игрока в игровом пространстве, наводили прицел на врагов и вели огонь.
По словам разработчиков, созданный биологический чип с живыми клетками обучился игре быстрее, чем искусственный интеллект, работающий на основе кремниевых чипов.
Следующей задачей для себя исследователи видят разработку новых алгоритмов машинного обучения, способных повысить производительность своего биочипа.
Итог.
По разным оценкам учёных нейробиологов, общее число нейронов в среднем человеческом мозге составляет десятки миллиардов штук. Для игры в DOOM хватило 200.000 нейронов. Было бы интересно посмотреть на что способен биологический чип с количеством нейронов, равным их количеству в человеческом мозге.
Успешное взаимодействие нейронов, высаженных на микрочип, с трёхмерной игровой средой, наглядно продемонстрировало способность инженеров контролировать и обучать живые нейронные системы. Эта технология может открыть перед учёными-разработчиками широкое применение в медицине, например, для управления роботизированными конечностями.
Способность таких "биопрограммных" систем обрабатывать неопределенность и данные в реальном времени сможет перерасти в вычислительные системы, производительность которых существенно превосходит возможности обычных микросхем.
Может быть интересно:
Благодарю Вас за прочтение и потраченное время.
Помочь умственному развитию автора можно здесь.
На что собираются деньги написано здесь.
Чтобы не пропустить новые интересные публикации рекомендую Вам подписаться на телеграм-канал, указанный в профиле Дзен-канала.