Ученые представили гибридный компьютер, изготовленный из электроники и тканей, похожих на человеческий мозг, под названием «Brainoware». Это часть растущей области, называемой биологическими вычислениями.
Новая технология включает в себя «органоид» мозга, изготовленный из стволовых клеток человека, которые расположены на печатной плате, которая передает органоиду информацию и считывает его ответы.
Этот биолого-электронный гибрид смог идентифицировать людей по голосу и делать прогнозы относительно сложной математической задачи.


Исследователи утверждают, что это открытие представляет собой значительный шаг к созданию гибридных компьютеров, которые объединяют человека и машину для выполнения сложных вычислительных задач, используя лишь часть мощности, необходимой обычным компьютерам.

Органоид человеческого мозга расположен поверх матрицы микроэлектродов, которая передает информацию в небольшой участок ткани и записывает его реакции.

Он также может поддерживать искусственный интеллект, позволяя компьютерам имитировать человеческий мозг, заявили ученые, стоящие за Brainoware.

Человеческий мозг — это естественный компьютер, эволюционировавший миллионы лет. И даже по мере того, как электронные компьютеры становятся все более сложными и мощными, мозг по-прежнему превосходит их эффективность, когда дело доходит до требований к энергопотреблению, пишет команда Brainoware: «Человеческий мозг обычно потребляет около 20 Вт, в то время как современное оборудование ИИ потребляет около 8 миллионов Вт для управления сравнительной [искусственной нейронной сетью.

В новом компьютере Brainoware „органоид“ мозга, сделанный из стволовых клеток человека, установлен на печатной плате, которая передает органоиду информацию и считывает его ответы.


Brainoware является примером того, что компьютерщики называют „резервуарными вычислениями“, когда компьютер передает информацию в сложную сеть — в данном случае в органоид мозга — и интерпретирует результат.

Идея резервуарных вычислений заключается в том, что компьютеры, передающие информацию в ткань мозга и считывающие выходные данные, могут быть обучены или скорректированы, используя преимущества сложности органоида, не требуя полной карты или понимания его клеточных сетей.

Другими словами, органоид — это своего рода „черный ящик“, и ученым не нужно точно знать, как он работает, чтобы им пользоваться.

Органоид не является частью мозга живого человека, но выращен из так называемых плюрипотентных стволовых клеток, клеток, которые можно использовать для формирования любого типа ткани организма.

Ученые из Университета Индианы в Блумингтоне, Университета Флориды и медицинского центра детской больницы Цинциннати использовали плюрипотентные стволовые клетки для выращивания органоидов коры головного мозга человека.

Органоид мозга растет в течение нескольких месяцев. В первую неделю происходит „индукция“, когда ученые уговаривают стволовые клетки развиться в клетки мозга. В течение второй недели эти нейронные клетки-предшественники делятся и становятся более многочисленными. Через месяц органоид содержит несколько типов клеток мозга, а через два месяца органоид созревает.

Примерно через месяц роста органоиды содержали несколько типов клеток человеческого мозга, включая нейроны, нейронные клетки-предшественники, которые вырастают в различные клетки мозга, и иммунные клетки, называемые астроцитами.

Эти органоиды имитируют самые базовые аспекты коры головного мозга человека, поверхности мозга, которая выполняет важнейшие функции, включая обучение, рассуждение и решение проблем.

В ходе эксперимента по распознаванию речи Brainoware попросили распознать голоса разных японских мужчин из коллекции из 240 аудиоклипов.

В первых тестах была достигнута точность всего около 51 процента.

Но после пары дней тренировок его производительность улучшилась до 78-процентной точности.
Компьютерная установка Brainoware (слева) состоит из кортикального органоида, расположенного поверх матрицы микроэлектродов. Органоиды, используемые в Brainoware, содержат несколько типов клеток мозга, включая зрелые нейроны и астроциты (вверху справа), а также нейроны ранней стадии и клетки-предшественники нейронов (внизу справа).

»Эти результаты указывают на то, что электрическая стимуляция во время тренировки может запустить неконтролируемое обучение Brainoware для повышения производительности вычислений за счет изменения функциональной связности органоида", — пишут авторы исследования.

Органоиды не могут «думать», и они не обладают сознанием в том виде, в каком мы его знаем, но у них есть естественная способность формировать новые связи.

Основная часть того, что делает новый компьютер мощным, — это способность человеческого мозга к реорганизации.

При нормальных обстоятельствах человеческий мозг будет формировать новые связи в ответ на новый опыт — формировать воспоминания и навыки обучения, которые хранятся в соединениях между нейронами.

Похоже, именно это и происходит с Brainoware.

В ходе еще одной проверки способности Brainoware решать проблемы ученые поручили Brainoware предсказать карту Энона, хаотический тип нелинейного математического уравнения.

Как и в упражнении по распознаванию речи, система улучшила свою точность после нескольких тренировок.

После трех месяцев роста органоиды мозга содержали клетки-предшественники нейронов, которые могут вырасти в нейроны, а также зрелые нейроны.

Когда ученые блокировали нейропластичность — способность органоидов образовывать новые соединения, — такого улучшения не произошло.

«Результаты показали, что обучающая активность Brainoware зависела от нейронной пластичности», — написали они.

Работа появилась в журнале Nature Electronics.

Разработка Brainoware подтверждает идею о том, что эти гибридные компьютерные системы с мозгом могут решать сложные задачи, но необходима дальнейшая работа, чтобы действительно доказать их возможности, написала другая команда исследователей в приглашенном комментарии.

«На следующих этапах демонстрации того, что органоиды мозга могут служить моделью обучения in vitro, необходимо будет продемонстрировать аспекты долговременной памяти, способность усваивать множество задач и дифференцировать уникальный вклад органоида по сравнению с подключенными вычислительными системами», — написали они.

«Это будет иметь решающее значение для исследования биологических механизмов, которые обеспечивают непрерывное обучение на протяжении всей жизни».


https://salik.biz/articles/89371-kompyuter-kotoryi...et-chelovecheskie-neirony.html