Ученые из компании Cortical Labs вырастили культуру клеток человеческого мозга в лабораторных условиях и научили их играть в виртуальный пинг-понг. Их исследование может стать настоящим прорывом – возможно, это одна из ступеней к созданию синтетического интеллекта, который будет эффективнее самого мощного компьютера.
Специалисты из компании Cortical Labs рассказали о проведенной ими масштабной работе по изучению потенциала нейронов головного мозга человека и возможности их интеграции в цифровые системы. Ученые разработали систему DishBrain, которая демонстрирует естественный интеллект, задействовав врожденные адаптивные вычисления нейронов в структурированной среде. Нейроны были интегрированы с вычислительной системой при помощи многоэлектронной матрицы. Путем электрофизиологической стимуляции клетки были встроены в виртуальный мир, имитирующий аркаду Pong, где нужно отбивать шарик, отскакивающий от стенки, с помощью передвигающейся платформы, в упрощенном варианте.
Клетки были размещены в чашке Петри, к которой подключили электроды. В эксперименте ученые задействовали порядка миллиона живых клеток человеческого мозга. Забегая вперед, отметим, что нейроны научились играть в симулятор и даже обошли в этом искусственный интеллект. Правда, обыграть живого человека им так и не удалось.
Тем не менее, как отмечают ученые, исследование говорит о том, что нейронные сети обладают огромным потенциалом к обучению. Для сравнения, для того, чтобы обучить этой же игре искусственный интеллект, понадобилось полтора часа и десятки тысяч подходов, а нейроны в чашке Петри освоили аркаду всего за пять минут и несколько партий. Да, живые клетки играют хуже, но зато живут в настоящей матрице.
Киборг в чашке Петри
Симуляция виртуального игрового мира, где нейронам нужно отбивать воображаемой платформой такой же воображаемый мячик, была создана при помощи микроэлектронов, подключенных к матрице. Через эти электроны можно подавать электрические импульсы, меняя посредством них различные параметры, кроме того, они обеспечивают обратную связь с компьютером.
Тот факт, что ученым удалось обучить нейроны игре в виртуальный пинг-понг, многие считают настоящим прорывом – по сути, это большой и важный шаг на пути к тому, чтобы научиться создавать полноценный синтетический мозг, а не просто культуру клеток. Точнее, речь идет скорее о синтетическом интеллекте на биологической основе – биомеханизме из живых нейронов, который будет более эффективно решать поставленные перед ним задачи, чем мощный суперкомпьютер. Конечно, на данном этапе до таких технологий еще далеко, но не зря ученые настаивают на том, чтобы именовать результат своей работы в чащке Петри «киборгом».
Универсальные клетки
Итак, каким же образом ученые заставили клетки действовать, а конкретно – учиться интеллектуальному поведению, ведь они даже не образуют мозг? И как исследователям удалось получить материал – живые и здоровые мозговые клетки?
Наиболее простой способ – вырастить нейроны в лабораторных условиях. Для этого понадобятся не просто стволовые, а плюрипотентные клетки. Плюрипотентность – это свойство, означающее возможность развития по различным сценариям. Иными словами, они могут развиться в любой тип клеток, кроме клеток внезародышевых органов. Таким образом, из плюрипотентных клеток можно вырастить и нейроны головного мозга. Если говорить о естественном получении этих клеток, здесь возникает этическая проблема. Их нет у взрослых, но они присутствуют у эмбрионов на ранних этапах развития. Поэтому используется альтернатива: ученые берут наиболее способные к переменам клетки – например, клетки кожи – и путем различных манипуляций заставляют их превратиться в универсальные стволовые. Нейроны выращивают прямо на матрице, которая представляет собой кремниевый чип. Таким образом, не чип вживляется в мозг, а к нему подсаживают клетки мозга. Клетки в чашке Петри соединяются и могут взаимодействовать, чего и добиваются ученые. Все связи между компьютером и нейронами осуществляются с помощью электроимпульсов на матрице. Именно так нейроны узнают, куда летит шарик и где находится виртуальная платформа. Предпринимая попытку за попыткой, ошибаясь и накапливая опыт, клетки научились понимать, куда необходимо переместить платформу, и кое-как стали отбивать мячик.
Стало известно, что популярный сервис изучения языков Duolingo увольняет переводчиков и заменяет их искусственным интеллектом: около 10% квалифицированных сотрудников лишились работы.
Принцип свободной энергии
Для того, чтобы объяснить нейронам, чего от них ждут, ученые положились на восходящую к физике и математике теорию, объясняющей фундаментальные основы всего живого, начиная от отдельно взятых клеток и заканчивая полноценным мозгом. Если говорить коротко, нейроны не нуждаются в понимании того, что такое платформа или шарик, как правильно играть, а что будет ошибкой. Они будут обучаться тому, чтобы прогнозировать события как можно более удачно. А это означает в их виртуальной среде, что платформу нужно вести туда, где, согласно их расчетам, окажется шарик. Это явление носит название принципа свободной энергии Фристона, согласно которому, все живое стремится уменьшить разрыв между ожиданиями и фактически поступающей извне информацией.
Клетки, выращенные в чашке Петри, продемонстрировали интеллектуальное поведение. Если проводить аналогию с компьютерными науками, нейроны выполнили вычисления и научились решению задачи, причем оно оказалось эффективнее, чем у искусственных нейросетей. Результат исследования позволяет рассчитывать, что направление получит дальнейшее развитие, и на основе живых нейронов будут созданы биологические чипы. Возможно, использовать естественный нейрон, действующий как вычислительная машина, будет более выгодно и эффективно.
