Биокомпьютеры смогут обучать ИИ в миллион раз энергоэффективнее, но не скоро

Биокомпьютеры — новое направление, которым занимаются несколько научных институтов по всему миру. Ученые выращивают крошечные пучки живых клеток человеческого мозга и используют их для питания компьютеров. Их цель — научиться использовать биологическую эффективность человеческого мозга для создания совершенно нового типа процессора. Один из коллективов, работающих в этом направлении — стартап FinalSpark.

Мозговые органоиды FinalSpark созданы из клеток человеческой кожи, перепрограммированы в стволовые клетки, а затем преобразованы в нейроны. Каждый органоид размером примерно с мозг плодовой мушки содержит около 10 000 нейронов — ничтожную долю от 100 миллиардов нейронов в человеческом мозге. Тем не менее, они уже способны демонстрировать базовые навыки обучения и реакции на электрическую стимуляцию.

В лаборатории FinalSpark органоиды хранятся в богатой питательными веществами среде и подключены к электродам, которые служат связующим звеном. Когда через электроды поступает электрический импульс, нейроны реагируют всплесками активности, биологическим эквивалентом двоичных единиц и нулей в цифровых вычислениях.

Недавние разработки в области биокомпьютерной техники способствовали повышению эффективности обучения этих мини-мозгов. Эксперименты показали, что органоиды можно вознаграждать дофамином, добиваясь усиления желаемой нейронной активности. Этот процесс имитирует процесс обучения человеческого мозга посредством вознаграждения и мотивации, что намекает на возможный биологический путь для более эффективного обучения живых процессоров.

По словам Фрэда Джордана, сооснователя стартапа, биологические нейроны в миллион раз энергоэффективнее искусственных. Поэтому они могут стать решением проблемы растущих энергетических потребностей моделей ИИ, которые в настоящее время полагаются на энергоемкие кремниевые чипы.

С компанией FinalSpark уже сотрудничают десять университетов, а на ее сайте ведется прямая трансляция работы нейронов. В 2022 году австралийская компания Cortical Labs продемонстрировала аналогичный прогресс, обучив искусственные нейроны играть в видеоигру Pong. Тем временем исследователи из Университета Джонса Хопкинса изучают мини-мозг для моделирования таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и аутизм.

На сегодня срок жизни органоидов FinalSpark не превышает четырех месяцев, https://interestingengineering.com/innovation/mini-brain-liv... IE. Примечательно, что перед гибелью ученые иногда регистрируют у них внезапный всплеск нейронной активности, феномен, аналогичный последнему всплеску активности мозга перед смертью у людей.

Однако процесс обслуживания этих живых компьютеров весьма деликатен. В отличие от традиционных процессоров, органоиды нельзя «перезагрузить» после их смерти.

«У органоидов нет кровеносных сосудов, — пояснил Саймон Шульц, директор Центра нейротехнологий Имперского колледжа Лондона. — Мы пока не знаем, как их правильно создавать. Поэтому это самая большая из сегодняшних проблем».

В 2023 году американские биоинженеры разработали https://hightech.plus/2023/07/14/naiden-sposob-virashivat-or... выращивания органелл человеческого мозга без клеток животных. Такой подход открывает новые возможности изучения нейродегенеративных заболеваний на материале, более точно копирующем мозг пациента.