Возможно, это немного похоже на научную фантастику, но небольшая группа исследователей добивается реальных успехов в попытках создать компьютеры из живых клеток.
Добро пожаловать в странный мир биовычислений. Среди лидеров в этой области — группа учёных из Швейцарии, с которыми я встретилась. Они надеются, что однажды мы увидим центры обработки данных, заполненные «живыми» серверами, которые будут копировать аспекты обучения искусственного интеллекта (ИИ) и потреблять лишь небольшую часть энергии, по сравнению с существующими сегодня.
Такова концепция доктора Фреда Джордана, соучредителя лаборатории FinalSpark, которую я посетила. Мы все привыкли к понятиям «аппаратное обеспечение» и «программное обеспечение» в компьютерах, которые мы используем в настоящее время. Доктор Джордан и другие специалисты в этой области используют для обозначения того, что они создают, несколько удивительный термин «wetware» («мокрое обеспечение»).
Проще говоря, речь идёт о создании нейронов, которые развиваются в кластеры, называемые органоидами, которые, в свою очередь, можно присоединить к электродам — и тогда можно начинать пытаться использовать их как мини-компьютеры.
Д-р Джордан признает, что для многих людей сама концепция биовычислений, вероятно, кажется немного странной. «В научной фантастике люди живут с этими идеями уже довольно долго», — сказал он. «Когда вы говорите об использовании нейрона как маленькой машины, вы демонстрируете совершенно иной взгляд на наш собственный мозг, и это заставляет вас задаться вопросом о том, кто вы такие».
Для FinalSpark процесс начинается со стволовых клеток, полученных из клеток кожи человека, которые они покупают в клинике в Японии. Фактические доноры остаются анонимными.
Возможно, это удивительно, но у них нет недостатка в предложениях. «К нам обращается много людей», — сказал он. «Но мы выбираем только стволовые клетки от официальных поставщиков, потому что качество клеток имеет решающее значение».
В лаборатории клеточный биолог FinalSpark доктор Флора Броцци вручила мне чашку с несколькими маленькими белыми шариками. Каждый такой шарик — это, по сути, крошечный мини-мозг, выращенный в лаборатории из живых стволовых клеток, которые культивировали так, чтобы они превратились в скопления нейронов и вспомогательных клеток — это и есть «органоиды». Они далеко не так сложны, как человеческий мозг, но состоят из тех же строительных блоков.
После прохождения процесса, который может длиться несколько месяцев, органоиды готовы к подключению к электроду, после чего их побуждают реагировать на простые команды с клавиатуры. Это способ отправки и приёма электрических сигналов, результаты которых записываются на обычном компьютере, подключённом к системе.
Это простой тест: вы нажимаете клавишу, которая посылает электрический сигнал через электроды, и если всё работает (что не всегда бывает), вы можете увидеть небольшой всплеск активности на экране в ответ.
На экране отображается движущийся график, который немного похож на ЭЭГ. Я нажимаю клавишу несколько раз подряд, и система внезапно перестаёт реагировать. Затем на графике появляется короткий, характерный всплеск энергии.
Когда я спросил, что произошло, доктор Джордан ответил, что многое в работе органоидов и причинах этого до сих пор остаётся непонятным. Возможно, я их слишком сильно раздражаю.
Электрическая стимуляция — важный первый шаг к более амбициозной цели команды: запустить процесс обучения нейронов биокомпьютера, чтобы они в конечном итоге могли адаптироваться для выполнения задач.
«Для ИИ это всегда одно и то же», – сказал он. «Вы даёте какой-то ввод, и хотите получить какой-то выход, который можно использовать. Например, вы даёте картинку с кошкой и хотите, чтобы на выходе было написано, что это кошка», – пояснил он.
Поддержание жизнедеятельности биокомпьютеров
Поддержание работоспособности обычного компьютера не представляет сложностей — ему нужен только источник питания. Но как обстоит дело с биокомпьютерами? Это вопрос, на который учёные пока не имеют ответа.
«У органоидов нет имеют кровеносных сосудов», — сказал Саймон Шульц, профессор нейротехнологии и директор Центра нейротехнологии Имперского колледжа Лондона. «В человеческом мозге есть кровеносные сосуды, которые пронизывают его на нескольких уровнях и снабжают питательными веществами, чтобы он мог хорошо работать. Мы ещё не знаем, как правильно их создавать. Так что это самая большая текущая проблема».
Однако одно можно сказать наверняка. Когда мы используем фразы типа «компьютер умер», в случае с «мокрой аппаратурой» буквально это и происходит.
За последние четыре года компания FinalSpark добилась некоторых успехов: её органоиды теперь могут выживать до четырёх месяцев. Но есть некоторые пугающие открытия, связанные с их окончательной гибелью.
Иногда перед смертью органоиды демонстрируют бурную активность, похожую на учащённое сердцебиение и повышенную мозговую активность, которые наблюдаются у некоторых людей в конце жизни.
«Было несколько случаев, когда мы наблюдали очень быстрое увеличение активности в последние минуты или десятки секунд [жизни]», — сказал доктор Джордан. «Я думаю, что за последние пять лет мы зафиксировали около 1000–2000 таких отдельных случаев смерти. Это печально, потому что нам приходится прекращать эксперимент, выяснять причину смерти, а затем начинать все сначала», — сказал он.
Профессор Шульц согласен с таким бесстрастным подходом. «Мы не должны их бояться, это просто компьютеры, изготовленные из другого субстрата из другого материала», — сказал он.
Применение в реальной жизни
FinalSpark — не единственная группа учёных, работающих в области биовычислений. Австралийская компания Cortical Labs объявила в 2022 году, что ей удалось заставить искусственные нейроны играть в раннюю компьютерную игру Pong.
В США исследователи из Университета Джона Хопкинса также создают «мини-мозги», чтобы изучить, как они обрабатывают информацию, но в контексте разработки лекарств для лечения неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и аутизм.
Есть надежда, что искусственный интеллект скоро сможет значительно ускорить эту работу. Однако на данный момент доктор Лена Смирнова, возглавляющая исследования в Университете Джона Хопкинса, считает, что «мокрые» компьютеры являются интересными с научной точки зрения, но находятся на ранней стадии развития.
По её словам, вероятность того, что они заменят основной материал, используемый в настоящее время для производства компьютерных чипов, невелика. «Биовычисления должны дополнять, а не заменять кремниевый ИИ, одновременно способствуя развитию моделирования заболеваний и сокращению использования животных», — сказала она.
Профессор Шульц согласен: «Я думаю, что они не смогут превзойти кремний во многих вещах, но мы найдём для них нишу», — предположил он.
Однако, несмотря на то, что эта технология становится все ближе к реальному применению, доктор Джордан по-прежнему очарован её научно-фантастическими истоками. «Я всегда был поклонником научной фантастики, — говорит он. — Когда я смотрел научно-фантастический фильм или читал книгу, я всегда чувствовал лёгкую грусть, потому что моя жизнь не была похожа на ту, что описывалась в книге. Теперь я чувствую, что я как будто нахожусь в книге и сам пишу её».
Источник: habr.com
