Επιστήμονες στις ΗΠΑ δημιούργησαν έναν βιοϋπολογιστή από εργαστηριακά καλλιεργημένο ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό και συμβατικά ηλεκτρονικά κυκλώματα, ο οποίος διαθέτει δυνατότητες αναγνώρισης ομιλίας και υπολογισμού. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η ανάπτυξη του Brainoware, όπως ονομάζεται το σύστημα, αποτελεί σημαντικό βήμα στην έρευνα των υβριδικών υπολογιστών, οι οποίοι συγχωνεύουν τον άνθρωπο και τη μηχανή για την εκτέλεση πολύπλοκων υπολογιστικών προβλημάτων, χρησιμοποιώντας ένα κλάσμα της ισχύος που χρειάζονται οι συμβατικοί υπολογιστές.

Η τεχνολογία, που περιγράφεται σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο «Nature Electronics», θα μπορούσε μια μέρα να ενσωματωθεί σε συστήματα τεχνητής νοημοσύνης ή να αποτελέσει τη βάση για βελτιωμένα μοντέλα εγκεφάλου στη νευροεπιστημονική έρευνα.

Το Brainoware αποτελείται από εγκεφαλικά οργανοειδή – δέσμες ανθρώπινων κυττάρων που μιμούνται τους ιστούς και χρησιμοποιούνται στην έρευνα για τη μοντελοποίηση οργάνων. Τα οργανοειδή κατασκευάζονται από βλαστοκύτταρα που εξειδικεύονται σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Σε αυτή την περίπτωση, μεταμορφώθηκαν σε νευρώνες.

Η έρευνα στοχεύει να δημιουργήσει «μια γέφυρα μεταξύ της τεχνητής νοημοσύνης και των οργανοειδών», δήλωσε στο «Nature» ο συν-συγγραφέας της μελέτης Φενγκ Γκούο, βιομηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα. Τόσο η τεχνητή νοημοσύνη όσο και ο εγκέφαλος βασίζονται στη μετάδοση σημάτων γύρω από έναν ιστό διασυνδεδεμένων κόμβων, γνωστό ως νευρωνικό δίκτυο.

- Advertisement -

Αξιοποίηση της δύναμης του εγκεφάλου

Για την κατασκευή του συστήματος Brainoware, οι ερευνητές τοποθέτησαν το οργανοειδές σε ένα τρυβλίο καλλιέργειας το οποίο περιείχε χιλιάδες ηλεκτρόδια, ώστε να συνδέσουν τον εγκέφαλο με τα ηλεκτρικά κυκλώματα. Στη συνέχεια, μετέφρασαν τις πληροφορίες σε ένα μοτίβο ηλεκτρικών παλμών το οποίο έστειλαν στο οργανοειδές. Στη συνέχεια, οι ερευνητές αποκωδικοποίησαν τη νευρική δραστηριότητα του εγκεφαλικού ιστού χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης ο οποίος αναγνώρισε την πληροφορία με την οποία σχετιζόταν. Το σύστημα αναγνώρισε ιαπωνικούς φθόγγους και προέβλεψε έναν μαθηματικό χάρτη.

Σε ένα πείραμα αναγνώρισης ομιλίας, οι ερευνητές ζήτησαν από το Brainoware να ξεχωρίσει τις φωνές οκτώ ανδρών από μια συλλογή 240 ηχητικών αποσπασμάτων. Το οργανοειδές αντέδρασε σε κάθε φωνή παράγοντας διαφορετικά μοτίβα νευρικής δραστηριότητας. Η τεχνητή νοημοσύνη έμαθε να ερμηνεύει αυτές τις αντιδράσεις για να αναγνωρίζει τον κάθε ομιλητή. Μετά την εκπαίδευση, το σύστημα μπόρεσε να αναγνωρίσει τις φωνές με ακρίβεια 78%.

Αν και χρειάζεται περαιτέρω έρευνα, η μελέτη επιβεβαιώνει ορισμένες βασικές θεωρίες που θα μπορούσαν τελικά να καταστήσουν εφικτό έναν βιοϋπολογιστή, δήλωσε η Λένα Σμίρνοβα, αναπτυξιακή νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο John Hopkins στη Βαλτιμόρη των ΗΠΑ. Προηγούμενα πειράματα έχουν δείξει ότι μόνο δισδιάστατες καλλιέργειες νευρωνικών κυττάρων μπορούν να εκτελέσουν παρόμοιες εργασίες, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που αυτό αποδεικνύεται σε ένα τρισδιάστατο εγκεφαλικό οργανοειδές.

(Indiana University)

Βελτιωμένο μοντέλο εγκεφάλου

Ο συνδυασμός οργανοειδών και υπολογιστών θα μπορούσε να επιτρέψει στους ερευνητές να αξιοποιήσουν την ταχύτητα και την ενεργειακή αποδοτικότητα των ανθρώπινων εγκεφάλων για την τεχνητή νοημοσύνη, σύμφωνα με τον Γκούο.

Η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του εγκεφάλου, σύμφωνα με τον Άρτι Αλουγάλια, βιοϊατρικό μηχανικό στο Πανεπιστήμιο της Πίζας στην Ιταλία, επειδή τα οργανοειδή του εγκεφάλου μπορούν να αναπαράγουν την αρχιτεκτονική και τη λειτουργία ενός λειτουργικού εγκεφάλου με τρόπους που οι απλές καλλιέργειες κυττάρων δεν μπορούν.

Το Brainoware θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και για τη μοντελοποίηση και τη μελέτη νευρολογικών διαταραχών, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ. Θα μπορούσε επίσης να είναι δυνατή η δοκιμή των επιπτώσεων και των τοξικοτήτων διαφόρων θεραπειών.

Ωστόσο ένα μεγάλο ερώτημα είναι το πώς θα διατηρηθούν τα οργανοειδή ζωντανά. Τα κύτταρα πρέπει να καλλιεργούνται και να συντηρούνται με θερμοκοιτίδες, κάτι που θα είναι πιο δύσκολο να επιτευχθεί όσο μεγαλύτερα γίνονται τα οργανοειδή. Και οι πιο σύνθετες εργασίες θα απαιτούν μεγαλύτερους ‘εγκεφάλους’», επισήμανε η Σμίρνοβα.

Οι ερευνητές θέλουν τώρα να δουν κατά πόσον τα οργανοειδή του εγκεφάλου μπορούν να προσαρμοστούν ώστε να ολοκληρώνουν πιο σύνθετες εργασίες και να είναι πιο σταθερά και αξιόπιστα. Αυτό θα είναι ζωτικής σημασίας αν πρόκειται να ενσωματωθούν στα μικροτσίπ πυριτίου που χρησιμοποιούνται σήμερα στους υπολογιστές τεχνητής νοημοσύνης.

ΠΗΓΗ: Nature