Живые нейроны играют в «Doom»: как ученые заставили кусок плоти из пробирки расстреливать кибердемонов

В Австралии живые человеческие нейроны впервые заставили пройти путь от лабораторной чашки до коридоров легендарного шутера Doom. Стартап Cortical Labs вырастил около 200 тысяч клеток мозга на микросхеме с сетью микроэлектродов и подключил культуру к игре 1993 года. Система CL-1 переводила цифровые данные Doom в электрические импульсы для клеток, а ответную активность нейронов превращала в команды для компьютера.

Эксперимент показал не курьёз с ретро-игрой, а более серьёзную вещь: живая нейронная культура может учиться на ходу, получать обратную связь и менять поведение ради конкретной цели. До уровня человека такой игрок пока не дотягивает, но сама схема работы уже важна для биологических вычислений, где часть задач решает не кремниевый чип, а живая ткань.

Cortical Labs занимается таким направлением не первый год. В 2021 году команда уже научила выращенные нейроны играть в Pong. Тогда исследователи использовали более 800 тысяч живых клеток, размещённых на матрицах микроэлектродов. Культура получала сенсорные сигналы из цифровой среды и отправляла ответ, который двигал ракетки в игре. Работа доказала, что лабораторно выращенные клетки можно включить в замкнутый вычислительный контур, где биология и программа постоянно обмениваются сигналами.

Подготовка системы для Pong заняла примерно полтора года. Исследователям пришлось долго настраивать и программную часть, и саму платформу. На таком фоне переход к Doom выглядит особенно показательным. Простая двумерная аркада сменилась трёхмерным шутером, где нужно ориентироваться в пространстве, выбирать направление, наводиться на цель и вовремя стрелять.

Самой трудной задачей оказался не сам Doom, а способ показать игру клеткам без зрения. Обычную картинку нейроны воспринимать не могут, поэтому визуальные данные пришлось переводить в электрические паттерны. Решение предложил независимый разработчик Шон Коул. До работы с проектом у него почти не было опыта в биологических вычислениях, однако именно он за неделю собрал интерфейс на Python, который связал игровую сцену и нейронную культуру.

После появления нового интерфейса клетки начали осваивать Doom всего за неделю. Система кодировала происходящее на экране в поток электрических стимулов, нейроны отвечали изменением активности, а программа переводила биосигналы обратно в игровые команды. В результате культура научилась перемещаться по трёхмерной карте, наводиться на противников и открывать огонь в реальном времени.

До человеческой точности живому процессору пока далеко. Зато опыт дал другой любопытный результат: нейронная культура обучалась быстрее, чем многие кремниевые системы искусственного интеллекта. Исследователи рассчитывают, что новые алгоритмы со временем сократят разрыв в качестве игры между биологическими и обычными вычислительными платформами.

Точное число нейронов у человека до сих пор обсуждают, но обычно речь идёт о десятках миллиардов клеток. На таком фоне 200 тысяч нейронов в эксперименте выглядят смешно... но этого всё же хватило для работы с трёхмерной средой.

Механика процесса пока остаётся не до конца понятной. Учёные ещё не разобрались, как именно нейроны без органов зрения считывают поток электрических сигналов и каким образом связывают активность с игровой целью. Тем не менее сам факт работы с 3D уже расширяет возможности контроля над живыми нейронными системами.

Авторы проекта рассматривают биологические вычислители как будущую основу для управления роботизированными протезами и другими устройствами, которым приходится действовать в сложной и непредсказуемой среде. Живые нейронные сети могут оказаться полезными там, где стандартные чипы тратят слишком много энергии или хуже справляются с неоднозначными данными в реальном времени.

Выбор Doom тоже не случаен. За десятилетия шутер превратился в неофициальный тест для новых инженерных платформ. Энтузиасты запускали игру на самых странных устройствах и средах, проверяя, насколько гибко работает очередная система. В разные годы Doom переносили на роботизированные газонокосилки, блокчейн-платформы, PDF-файлы, антибот-проверки CAPTCHA и даже на биологические носители вроде кишечных бактерий и тестов на беременность. На таком фоне нейроны, играющие в Doom, выглядят уже не интернет-шуткой, а следующим шагом в сближении вычислительной техники и живой материи.