Разработано устройство, выполняющее вычисления с помощью живых клеток мозга

Исследователи из Принстонского университета создали устройство в виде трёхмерной нейронной сети, сочетающее в себе живые клетки мозга и современную встроенную электронику. Согласно недавнему пресс-релизу, этот 3D-биоэлектронный компьютер был запрограммирован на распознавание образов с помощью вычислительных методов.

По сути, живые клетки мозга выполняют вычислительные задачи вне организма, используя встроенную электронику. Это не первый случай, когда учёные используют клетки мозга для вычислений. В предыдущих попытках исследователи выращивали 2D-культуры в чашках Петри или 3D-кластеры, изучая и отслеживая активность извне.

В исследовании Принстона был использован иной подход. Для создания устройства команда изготовила трёхмерную сетку из микроскопических проводов и электродов, закреплённых на тонком слое эпоксидной смолы. Затем они вырастили десятки тысяч нейронов в обширную трёхмерную сеть, способную выполнять вычисления, используя сетку в качестве каркаса.

По словам исследователей, этот новый подход «позволил им регистрировать и стимулировать электрическую активность нейронов в гораздо более тонком масштабе, чем при использовании прежних методов». В течение шести месяцев они наблюдали за развитием сети, тестировали способы усиления или ослабления связей между ключевыми нейронами и в конечном итоге обучили алгоритм распознавать повторяющиеся паттерны импульсов.

Для проверки системы исследователи в ходе отдельных экспериментов предъявили два разных образа, и система успешно различила их в обоих случаях. Команда планирует постепенно масштабировать устройство для выполнения всё более сложных задач.

По словам первого автора статьи Кумара Мритунджая, постдокторанта в области электротехники и вычислительной техники, эта технология может «не только помочь раскрыть секреты вычислительной деятельности мозга, но и способствовать пониманию и, возможно, лечению неврологических заболеваний».

Первоначальной целью исследования было изучение фундаментальных проблем нейробиологии путём исследования деятельности живых клеток мозга. Эта цель остаётся неизменной. Однако исследователи поняли, что их работа может также сыграть роль в решении одной из ключевых проблем искусственного интеллекта: энергопотребления.

«Настоящим препятствием для развития искусственного интеллекта в ближайшем будущем является энергия, — сказал Фу. — Наш мозг потребляет лишь крошечную долю — примерно одну миллионную — от энергии, которую потребляют современные системы ИИ для выполнения аналогичных задач», — пояснил Тянь-Мин Фу, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и член исследовательской группы.

Исследователи надеются, что устройство сможет раскрыть некоторые секреты, лежащие в основе этого явления, что позволит воспроизвести открытия и решить проблему энергопотребления ИИ.