Brainoware: ткань мозга как основа для новой вычислительной системы

Исследователи из Индианского университета (Indiana University) в Блумингтоне совершили прорыв в области компьютерных технологий, создав систему, объединяющую человеческую ткань мозга с электроникой. Новаторский проект, получивший название Brainoware, продемонстрировал свою эффективность в решении задач распознавания речи и предсказания нелинейных уравнений.

Несмотря на то, что точность Brainoware немного уступала аппаратным компьютерам, работающим на искусственном интеллекте, исследование открыло путь к новой архитектуре компьютерных систем. Для создания Brainoware использовались органоиды мозга – мини-мозги, выращенные в лаборатории из человеческих стволовых клеток. Эти органоиды, хотя и не обладают сознанием, эмоциями или мыслями, представляют собой функциональные структуры, полезные для изучения развития и работы мозга.

Система включает в себя органоиды, подключенные к массиву микроэлектродов высокой плотности, использующих алгоритмы резервуарных вычислений (резервуарное вычисление). Электрическая стимуляция передает информацию в органоид, где она обрабатывается, а затем результаты выдаются в виде нейронной активности.

Пример одного из органоидов и его сканированной нейронной активности

Исследователи провели эксперименты, в том числе попытку идентификации голоса из аудиозаписей и предсказание динамической системы Энона (карта Энона), демонстрирующую хаотическое поведение. После двух дней обучения Brainoware смогла идентифицировать голос с точностью 78%. Эффективность предсказания динамической системы оказалась выше, чем у искусственных нейронных сетей без блока долгосрочной памяти, и почти сравнялась с сетями, прошедшими 50 циклов обучения, за менее чем 10% времени обучения.

Слева направо, вверху: органоиды человеческого мозга через 7, 14, 28 дней и несколько месяцев; лева направо, внизу: 1 месяц, 2 месяца, 3 месяца

Тем не менее, перед учеными стоят серьезные задачи, связанные с поддержанием жизнеспособности органоидов и потреблением энергии вспомогательным оборудованием. Кроме того, исследователи из Университета Джонса Хопкинса подчеркивают важность соблюдения этических норм в дальнейшем развитии таких технологий.

Работа над проектом Brainoware не только открывает новые горизонты в области вычислительной техники, но и может пролить свет на тайны человеческого мозга, способствуя разработке предклинических моделей когнитивных нарушений и тестированию новых терапевтических методов.