Учёные создают миниатюрные сгустки живых клеток человеческого мозга и используют их в качестве процессоров. Это направление, известное как биокомпьютинг или «влажное железо» (wetware), стремительно развивается в нескольких лабораториях по всему миру. Цель исследователей — задействовать биологическую эффективность человеческого мозга, чтобы создать принципиально новый тип вычислительных систем.
Одним из пионеров этого подхода стала швейцарская компания FinalSpark, основанная доктором Фредом Джорданом. Вместо того чтобы имитировать работу мозга на кремнии, стартап предлагает использовать реальные нейроны. Их «биопроцессоры» состоят из крошечных нейронных кластеров — органоидов, способных выполнять простейшие вычислительные операции.
Как создают живые процессоры
Органоиды получают из клеток кожи человека, которые перепрограммируют в стволовые, а затем развивают в нейроны. Каждый такой «мини-мозг» примерно равен по размеру мозгу дрозофилы и содержит около 10 тысяч нейронов — ничтожно малую часть от 100 миллиардов клеток в человеческом мозге. Несмотря на микроскопический масштаб, эти структуры уже демонстрируют признаки обучения и реакцию на электрические стимулы.
В лаборатории FinalSpark органоиды хранятся в питательном растворе и подключаются к электродам, которые служат каналом связи между биологией и электроникой. Когда учёные посылают электрический импульс, нейроны отвечают всплесками активности — биологическим аналогом цифровых нулей и единиц.
Журналист BBC Зои Кляйнман, побывавшая в лаборатории, описала, как нажатие клавиши на клавиатуре вызывает ответную активность нейронов, видимую на экране в виде слабых скачков сигнала, напоминающих электроэнцефалограмму.
Как живые нейроны учатся
Одним из прорывов биокомпьютинга стало открытие возможности «обучать» органоиды. Исследователи стимулируют нужную активность, вознаграждая клетки дофамином — веществом, отвечающим за удовольствие и мотивацию в мозге. Таким образом, живые процессоры начинают учиться по тем же принципам, что и человек.
Биологические нейроны потребляют в миллион раз меньше энергии, чем искусственные, что делает биокомпьютинг потенциальным решением растущих энергетических затрат искусственного интеллекта. Однако у технологии есть ограничения: органоиды крайне чувствительны к условиям среды и умирают через несколько месяцев.
«Когда органоид погибает, мы фиксируем всплеск активности — как последнюю вспышку мозга перед смертью», — говорит Фред Джордан.
Возможности и вызовы биокомпьютинга
Несмотря на раннюю стадию развития, технология открывает колоссальные перспективы. Помимо создания энергоэффективных процессоров, биокомпьютинг может помочь изучать заболевания мозга и тестировать лекарства, сокращая использование животных в экспериментах.
FinalSpark уже сотрудничает с 10 университетами, предоставляя им доступ к живым нейронам через онлайн-интерфейс. Похожие исследования ведут австралийская Cortical Labs, где искусственные нейроны научились играть в Pong, и учёные из Университета Джонса Хопкинса, изучающие органоиды для моделирования болезни Альцгеймера и аутизма.
При этом специалисты подчёркивают, что биокомпьютеры не заменят кремниевые процессоры, а станут их дополнением. По словам доктора Лены Смирновой из Джонса Хопкинса, «биовычесления должны не конкурировать с ИИ, а расширять его возможности и помогать науке».
Вопрос этики — один из важнейших в этой области. FinalSpark сотрудничает с биоэтиками, чтобы гарантировать, что органоиды не могут испытывать боль или осознанность. У них отсутствуют рецепторы и структуры, ответственные за сознание.
Тем не менее, сама идея использования живых клеток мозга в вычислительных системах звучит как сюжет научной фантастики. Фред Джордан признаётся, что наконец чувствует себя героем из книг, которые когда-то вдохновили его на науку:
«Когда я читал фантастику, мне всегда было немного грустно, что моя жизнь не похожа на эти истории. А теперь я чувствую, что сам пишу новую главу этой книги».
