Представьте себе каплю розоватой слизи размером с мозг шмеля. У неё нет глаз, чтобы смотреть на монитор, и нет рук, чтобы держать геймпад. Это просто 800 тысяч нейронов - часть выделена из мышиных эмбрионов, часть выращена из стволовых клеток человека, - которые ровным слоем размазаны по кремниевой пластине.
И эта капля слизи играет в Pong.
Вход в игру
Когда пару лет назад австралийская команда Cortical Labs впервые заявила о своей системе DishBrain, это прозвучало как завязка для дешевого сай-фая. Но на деле всё сводится к чистой, красивой электрофизиологии. Главная проблема в подобных экспериментах — как вообще заставить кусок биологической ткани понять, что происходит в виртуальном мире.
Исследователи решили это изящно. Они поместили клетки на массив микроэлектродов — крошечную сетку из контактов, которые умеют как считывать активность нейронов, так и бить их током. Чтобы перевести игру на язык клеток, физики использовали пространственные сигналы и частоту. Если виртуальный мячик летит слева, активируются электроды на левой стороне пластины. А чем ближе мяч подлетает к платформе, тем чаще становятся электрические импульсы.
Получается своеобразный радар. Клетки не видят мяч, но они чувствуют ритмичную электрическую вибрацию, которая меняется в зависимости от положения объектов в коде игры. Чтобы сдвинуть платформу, нейроны сами генерируют разряд в ответ, и кремний переводит его обратно в движение пикселей на экране.
Почему они вообще отбивают мяч?
Здесь начинается самое интересное. Мы привыкли думать, что обучение связано с наградой — собака получает лакомство за трюк, человек получает дофамин за успех. Но у нейронов в чашке Петри нет ни желудка, ни сложных дофаминовых путей. Им абсолютно плевать на победу.
Почему же они тогда отбивают мяч? Ответ кроется в базовом принципе работы любой нейронной сети, который в биофизике часто описывают через концепцию свободной энергии. Если максимально упростить: мозг ненавидит сюрпризы.
Ученые настроили систему обратной связи так: если нейроны успешно отбивали мяч (то есть выдавали правильный сигнал для перемещения платформы), на них подавали аккуратный, предсказуемый электрический импульс в одно и то же место. Если же они пропускали мяч, система наказывала их «белым шумом» — хаотичным, непредсказуемым набором электрических разрядов по всем электродам.
Клетки физически не переносят хаос. Белый шум ломает их внутреннюю организацию. Чтобы избежать этой непредсказуемой электрической бури, нейроны за считанные минуты начали перестраивать связи между собой. Они буквально подгоняли свою архитектуру под то, чтобы выдавать правильный ответ, отбивать мяч и получать спокойный, знакомый сигнал.
Они не учатся играть. Они учатся стабилизировать мир вокруг себя. И делают это гораздо быстрее классических алгоритмов, которым для обучения требуются тысячи прогонов. Живой ткани хватило около пяти минут.
Отрезвление и реальная польза
Журналисты быстро окрестили эту систему «мозгом в пробирке», который вот-вот осознает себя. Но давайте смотреть на вещи трезво. Никакого сознания там нет. Это просто сложный биологический процессор, который работает по законам клеточный химии.
Зачем тогда вообще учить клетки играть в аркады? Ответ кроется в фармакологии. Во время тестов авторы эксперимента добавили в питательную среду с нейронами немного этанола. Они, по сути, напоили систему. И клетки начали «мазать». Их реакция замедлилась, а точность попаданий по мячу резко упала.
Это значит, что у нас появилась живая, работающая вычислительная модель. На ней можно тестировать лекарства от эпилепсии, болезни Альцгеймера или проверять новые молекулы для мозга. Нам больше не нужно сразу использовать животных, чтобы увидеть, как препарат влияет на базовые способности к формированию новых связей. Достаточно посмотреть, как клетки справляются с игрой после дозы лекарства.
К слову, в начале этого года появились препринты о том, что биологи пытаются усложнить задачу и перенести клеточные культуры в трехмерную среду. Да, они на полном серьёзе натравливают нейроны на Doom. Звучит жутковато, но базовая механика остается прежней — клетки просто будут искать предсказуемость, уворачиваясь от пиксельных демонов.
Биологический компьютер действительно работает, а живая ткань превосходит кремний в скорости адаптации. Но до формирования реального мышления там ещё световые годы. Мир оказался чуть сложнее, чем просто сгусток клеток с невидимым джойстиком.