Ученые выращивают миниатюрные человеческие мозги для питания компьютеров

Хотя концепция биокомпьютеров может казаться заимствованной из научной фантастики, группа ученых добивается заметных успехов в создании вычислительных систем на основе живых клеток, как сообщает Би-би-си.

Это погружение в необычный мир биокомпьютеров стало возможным благодаря усилиям исследовательской группы из Швейцарии, с которой мне удалось пообщаться.
Ученые надеются, что в будущем мы увидим центры обработки данных, где «живые» серверы будут не только имитировать методы обучения искусственного интеллекта (ИИ), но и значительно снижают расход энергии по сравнению с традиционными системами.

Доктор Фред Джордан, соучредитель лаборатории FinalSpark, поделился своим видением будущего.

Мы привыкли к привычным аппаратным и программным решениям, но термин «мокрое ПО», который употребляют доктор Джордан и его коллеги, может показаться странным.

Это обозначает создание нейронов, которые формируются в кластеры, известные как органоиды, способные соединяться с электродами, что открывает путь к их использованию в качестве мини-компьютеров.


Доктор Джордан осознает, что идея биокомпьютеров может показаться странной для широкой аудитории.

«Эти идеи существуют в научной фантастике уже долгое время», — отметил он.

«Когда вы начинаете говорить о нейронах как о маленьких машинах, это меняет взгляд на человеческий мозг и заставляет задуматься, кто мы на самом деле».

Процесс в FinalSpark начинается с получения стволовых клеток из человеческой кожи, которые лаборатория закупает в анонимной клинике в Японии.

Несмотря на это, у них нет недостатка в предложениях.

«Много людей обращается к нам», — добавил он.

«Однако мы выбираем только клетки от проверенных поставщиков, так как качество имеет первостепенное значение».


Ученые из Веве (Швейцария) создают биокомпьютеры на основе клеток человеческой кожи

В лаборатории FinalSpark клеточный биолог доктор Флора Броцци показала мне чашку с маленькими белыми шариками.

Каждая из этих сфер представляет собой мини-мозг, созданный из живых стволовых клеток, которые были выращены для формирования нейронов и вспомогательных клеток — так называемых органоидов.

Хотя по своей сложности они далеки от человеческого мозга, их составляющие схожи.

После нескольких месяцев выращивания органоиды готовы к подключению к электродам, что позволяет им реагировать на простые команды с клавиатуры.

Эти электроды служат для отправки и получения сигналов, результаты которых фиксируются на обычном компьютере.

В ходе простого теста я нажимаю клавишу, которая отправляет электрический сигнал через электроды, и, если всё проходит успешно, на экране появляется небольшой всплеск активности.

На дисплее отображается график, похожий на запись ЭЭГ.

Я делаю несколько нажатий подряд, и вдруг реакция прекращается. Затем на графике появляется кратковременный, но заметный всплеск энергии.

Когда я поинтересовался, что произошло, доктор Джордан объяснил, что они всё еще не понимают, почему органоиды ведут себя именно так. Возможно, я их разозлил.

Электрическая стимуляция — это важный этап на пути к более амбициозной цели: обучить нейроны биокомпьютера для выполнения задач.

«Для ИИ это всегда одно и то же», — заметил он.

«Вы предоставляете данные и ожидаете получить результаты», — продолжил он.
«Например, вы показываете изображение кошки и хотите, чтобы компьютер определил, является ли это кошкой», — уточнил он.

Поддержание работоспособности биокомпьютеров

Работа обычного компьютера не требует особых усилий — достаточно источника питания. Но как обеспечить функционирование биокомпьютеров?

У ученых пока нет на этот вопрос четкого ответа.

«Органоиды не имеют кровеносных сосудов», — отметил Саймон Шульц, профессор нейротехнологий и директор Центра нейротехнологий в Имперском колледже Лондона.

«В человеческом мозге есть кровеносные сосуды, которые обеспечивают его питательными веществами для нормальной работы».

«Мы пока не знаем, как их правильно создать, и это наша главная задача на сегодняшний день».

Одно можно сказать точно: когда речь заходит о поломке биокомпьютера, это происходит в буквальном смысле.

За последние четыре года FinalSpark добилась значительного прогресса: их органоиды могут существовать до четырех месяцев.

Однако с этим связаны некоторые тревожные наблюдения.

Иногда перед смертью органоиды показывают всплески активности, что похоже на увеличенное сердцебиение и мозговую активность, наблюдаемую у людей в последние моменты жизни.

«Мы фиксировали случаи, когда наблюдали резкий рост активности буквально за несколько минут до их смерти», — сообщил доктор Джордан.

«За последние пять лет мы зарегистрировали примерно 1000-2000 таких случаев».

«Это грустно, поскольку нам необходимо остановить эксперимент, выяснить причину и затем повторить его», — добавил он.

Профессор Шульц согласен с позицией доктор Джордана.

«Не стоит бояться этих технологий — это всего лишь компьютеры, созданные из другого материала», — отметил он.

Практические применения

FinalSpark не единственная команда, работающая на переднем крае биокомпьютеров.

Австралийская компания Cortical Labs в 2022 году сообщила о том, что ее искусственные нейроны смогли сыграть в классическую игру Pong.

В США исследователи из Университета Джонса Хопкинса также работают над созданием «мини-мозга» для изучения обработки информации, что имеет важное значение для разработки лечения неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и аутизм.

Существует надежда, что искусственный интеллект вскоре сможет выполнять такую работу на высоком уровне.

Тем не менее, доктор Лена Смирнова, которая руководит исследованиями в Университете Джонса Хопкинса, считает, что wetware — это интересный научный проект, но он все еще находится на ранних этапах развития.

По ее мнению, маловероятно, что он полностью заменит существующие компьютерные чипы.

«Биологические вычисления должны дополнять кремниевые технологии, улучшая моделирование заболеваний и снижая потребность в испытаниях на животных», — подчеркнула она.

Профессор Шульц добавил: «Я думаю, что биокомпьютеры не смогут превзойти кремний, но они найдут свою уникальную нишу».

Несмотря на все достижения, доктор Джордан по-прежнему очарован научно-фантастическим началом этой технологии.

«Я всегда был фанатом научной фантастики», — признался он.

«Когда смотрю научно-фантастические фильмы или читаю книги, мне становится грустно, потому что моя жизнь не такая, как в этих историях. Теперь я чувствую, что сам пишу свою историю».