Компьютер, созданный из ткани человеческого мозга, превосходно распознает голос
Ученые разработали гибридный компьютер под названием "Brainoware", который объединяет человеческие нейроны со стандартным компьютерным оборудованием. Это биотехнологическое устройство выглядит как нечто прямо из научно-фантастического фильма и обещает интересное применение в биоинформатике.
В мире, где искусственный интеллект (ИИ) и биотехнологии развиваются семимильными шагами, произошел удивительный прорыв: создан гибридный компьютер, объединивший передовую электронику и биологию. Это устройство, созданное в результате сотрудничества инженеров и нейробиологов из Университета Индианы, интегрирует ткани человеческого мозга в компьютерный каркас.
Этот прорыв на стыке информатики и нейронаук может изменить наш подход к искусственному интеллекту. Он предлагает новую призму для разработки процессоров нового типа, одновременно поднимая беспрецедентные этические и технические вопросы. Кроме того, этот тип устройств позволит изучать неврологические расстройства как никогда раньше. Исследование опубликовано в журнале .
Шаг к человеко-машинной интеграции
Разработка Brainoware командой из Университета Индианы в Блумингтоне знаменует собой важный шаг на пути к объединению биологии и электроники. В основе этой системы лежит использование церебральных органоидов — трехмерных структур, выращенных в лаборатории из плюрипотентных стволовых клеток. Эти клетки обладают уникальной способностью дифференцироваться в различные типы клеток, включая нейроны, имитируя сложность и функции тканей человеческого мозга. Исследователи тщательно культивировали эти органоиды, чтобы они воспроизводили определенные аспекты коры головного мозга человека — области мозга, вовлеченной в такие высокоуровневые функции, как мышление, память и принятие решений.
Чтобы интегрировать эти органоиды в компьютерную систему, исследователи поместили их на пластины, содержащие тысячи микроскопических электродов. Эти электроды служат связующим звеном между биологической тканью и электронными схемами, обеспечивая двустороннее взаимодействие. Таким образом, электрические сигналы могут передаваться органоидам, а их реакция — фиксироваться и анализироваться.
Такая конфигурация позволяет Brainoware обрабатывать информацию подобно человеческому мозгу, но в электронном контексте. Преобразуя данные в электрические импульсы, исследователи смогли "общаться" с органоидами, используя их для выполнения определенных задач.
Возможности и производительность гибридного компьютера
В практическом плане способность Brainoware выполнять сложные задачи иллюстрирует его успех в распознавании речи — задаче, требующей высокой точности и способности различать тонкие нюансы в аудиоданных.
Чтобы проверить эту способность, исследователи подвергли Brainoware обработке 240 записей голосов восьми мужчин, говорящих на японском языке. Задача состояла в том, чтобы идентифицировать отдельные голоса в этих записях. Brainoware обрабатывал эти аудиоданные, преобразуя их в электрические сигналы, которые затем передавались в органоиды головного мозга. Органоиды мозга реагировали на каждый голос по-своему, создавая различные паттерны активности нейронов.
Результаты Brainoware в этой задаче особенно впечатляют. После относительно короткого периода обучения система достигла 78 % точности идентификации говорящего. Конечно, она оказалась чуть менее точной, чем искусственные нейронные сети с блоком долговременной памяти, но эти сети проходили по 50 эпох обучения. Brainoware получила результаты, близкие к результатам последних, менее чем за 10 % времени их обучения! Такая производительность в этой сложной задаче демонстрирует жизнеспособность церебральных органоидов в приложениях для обработки информации.
Будущие последствия
Brainoware открывает беспрецедентные перспективы для искусственного интеллекта и нейронаук. В области искусственного интеллекта эта технология может привести к созданию более энергоэффективных систем, способных обрабатывать информацию таким образом, который в большей степени напоминает работу человеческого мозга. Повышение эффективности может принести большую пользу в областях, требующих сложного анализа данных, таких как распознавание голоса или зрения, поскольку эти процессы станут быстрее и менее энергоемкими.
Кроме того, Brainoware представляет собой бесценную модель для исследований мозга, в частности для изучения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Органоиды мозга можно будет использовать для моделирования и изучения этих заболеваний в контролируемой среде, что позволит лучше понять основные механизмы и, возможно, откроет новые пути для разработки методов лечения.
Однако разработка Brainoware не обходится без трудностей. Поддержание жизни и роста органоидов мозга представляет собой серьезную техническую проблему, особенно по мере того, как эти структуры становятся все больше и сложнее. Обеспечение долгосрочной жизнеспособности этих органоидов в искусственной среде требует значительных достижений в области биотехнологий и управления системами жизнеобеспечения.
Кроме того, использование тканей человеческого мозга в компьютерах поднимает важные этические вопросы. Последствия манипуляций с биологическими тканями человека и их интеграции в технологические устройства должны быть тщательно рассмотрены, что требует строгого регулирования и тщательного этического анализа.