Из живых клеток мозга построили трехмерный биокомпьютер
В Принстонском университете объединили мозговые клетки и высокотехнологичную электронику в единое трехмерное устройство, которое можно программировать на распознавание образов с помощью вычислительных методов.
Ранее уже предпринимались попытки построить искусственные нейросети из живых клеток, но они были либо двухмерными, либо трехмерными, которые изучались и контролировались извне. Новинка, представленная на страницах Nature Electronics, работает иначе — изнутри наружу.
В основе ее — каркас из микроскопических проводов и электродов, покрытых тончайшим слоем эпоксидной смолы. Минимально возможная толщина покрытия делает его достаточно гибким для взаимодействия с мягкими нейронами, которые обрастают сетку. На таком каркасе вырастили объемную сеть из десятков тысяч нервных клеток.
Новый комплексный подход позволил регистрировать и стимулировать электрическую активность нейронов с гораздо большей точностью, чем раньше. Разработчики отслеживали развитие системы на протяжении более шести месяцев, экспериментируя с усилением и ослаблением связей между ключевыми нейронами и в итоге обучили алгоритм распознавать паттерны электрических импульсов.
В одном тесте использовались пары различных пространственных паттернов, в другом — временны́е. В обоих случаях система правильно различала заданные образцы. Более того, она превзошла двухмерные сети на 17% по аналогичным показателям классификации и продемонстрировала гораздо более быстрое обучение.
Авторы надеются масштабировать систему так, чтобы она могла выполнять более сложные задачи. Кроме того, хотя их разработка изначально предназначена для изучения фундаментальных проблем нейробиологии, она может быть применена в дальнейших изысканиях по созданию искусственного интеллекта с низким потреблением энергии.
«Настоящим узким местом для ИИ в ближайшем будущем станет энергия, Наш мозг потребляет лишь крошечную долю — примерно одну миллионную — энергии, которую расходуют современные ИИ-системы на выполнение схожих задач», — объяснил биоинженер Тянь-Мин Фу, в лаборатории которого ведется работа.
Трехмерные биологические нейросети «не только помогают раскрыть вычислительные секреты мозга, но и могут способствовать пониманию и, возможно, лечению неврологических заболеваний», добавил Кумар Мритунджай, первый автор статьи.
