Създадоха "биологичен център за данни", който използва милиони живи човешки мозъчни клетки

Какво би станало, ако престанем да разчитаме единствено на силициеви чипове и започнем да си служим и с живи мозъчни клетки, за да обработваме информация? Учени и инженери в Сингапур вече проверяват дали подобен подход би могъл да има практическо приложение. Те създадоха експериментален център за данни, в който милиони човешки неврони работят съвместно с електронни компоненти. Целта е да се изследва потенциалът на биологичните изчисления и възможността един ден те да допълват традиционните компютри и изкуствения интелект.

Компютър, в който силициевите чипове работят с живи неврони

Проектът обединява Медицинския факултет на Националния университет на Сингапур (NUS Medicine), компанията за центрове за данни DayOne и австралийския стартъп Cortical Labs, базиран в Мелбърн.

Cortical Labs е сред малкото компании в света, които разработват биологични компютри за търговска употреба. Основният ѝ продукт е системата CL1, която съчетава обикновени силициеви чипове с живи неврони, получени от стволови клетки.

Този тип биологични компоненти се обозначават с английския термин wetware. За разлика от традиционния компютърен хардуер, те използват живи клетки, чиято електрическа активност може да бъде свързана с електронни системи за обработка на информация.

През август 2026 г. Институтът по науки за живота към Националния университет на Сингапур получава 20 устройства CL1, които стават основата на новия „Биологичен център за данни“.

Всяко от тях съдържа стотици хиляди живи неврони с човешки произход. Според различни публикации броят им варира между 200 000 и 800 000 на устройство. Това означава, че в лабораторията вече се използват милиони мозъчни клетки, включени в експериментални системи за обработка на информация.

„Като отглеждаме живи човешки неврони от стволови клетки и ги съчетаваме с прецизни инженерни решения, ние не просто разработваме потенциално по-ефективна алтернатива на силициевите технологии. Създаваме и платформа, която може да ни помогне да разберем как възникват ученето и адаптацията на биологично ниво“, обяснява проф. Рики Патани, директор на програмата по невробиология към NUS Medicine.

По думите му именно съчетаването на тези две възможности прави проекта толкова перспективен.

„Това е път към ускоряване на разработването на лекарства и изследванията на неврологичните заболявания. Така бихме могли много по-бързо да превръщаме научните открития в практически решения“, допълва той.

Центърът в Сингапур е първият подобен обект извън Австралия. В Мелбърн вече има съоръжение, оборудвано със 120 устройства CL1. Според Cortical Labs всяко от тях разполага със специална система, която осигурява необходимите условия за живот на невроните и може да ги поддържа жизнеспособни до шест месеца.

По-малко електроенергия за повече изчисления?

Биологичните компютри все още са експериментална технология, но разработчиците им се надяват, че един ден ще предложат сериозно предимство пред конвенционалните машини: значително по-ниска консумация на енергия при изпълнението на определени задачи.

Човешкият мозък е забележително енергийно ефективен. Той извършва сложна обработка на информация, без да се нуждае от електроенергията, която изразходват големите изчислителни системи. Именно тази особеност е сред причините учените да търсят начини да използват живи неврони в компютърните технологии.

Cortical Labs твърди, че устройствата ѝ се отличават с изключително ниска консумация на електроенергия и използват само малка част от енергията, необходима на други технологии.

Засега обаче липсват достатъчно конкретни данни, които да покажат колко голямо е това предимство в реални условия. Не е ясно и как би изглеждало сравнението с традиционните компютри, ако се отчетат всички съпътстващи разходи, включително поддържането на живите клетки.

Според NUS Medicine биологичните изчислителни системи биха могли да допълват изкуствения интелект, особено когато за обучението на алгоритмите няма достатъчно данни.

Сред възможните приложения се посочват разработването на лекарства, роботиката, киберсигурността и откриването на финансови измами.

На този етап обаче центърът в Сингапур е преди всичко изследователски прототип. Една от основните задачи на учените е да установят дали технологията може да бъде развита до степен, която позволява по-широкото ѝ използване.

Съчетаването на биологични системи и изкуствен интелект би могло да се окаже особено полезно в медицината. Учените вече проучват например възможностите за диагностициране на деменция с помощта на изкуствен интелект.

От Pong до DOOM: когато мозъчните клетки управляват видеоигри

Макар идеята за биологичен компютър да звучи като сюжет от научнофантастичен филм, Cortical Labs вече има зад гърба си няколко необичайни експеримента.

През 2022 г. изследователи от компанията публикуват в научното списание Neuron резултатите от експеримент с компютърна система, свързана с приблизително 800 000 мозъчни клетки, които успяват да управляват елементи от класическата видеоигра Pong.

В системата са използвани неврони с човешки и миши произход. Учените установяват, че клетките могат постепенно да променят реакциите си в зависимост от сигналите, които получават от играта.

За да обяснят това поведение, те се позовават на т.нар. принцип на свободната енергия. Според тази теория самоорганизиращите се системи, включително мозъкът, се стремят да ограничават непредвидимостта на средата, с която взаимодействат.

В случая с Pong изследователите предполагат, че именно този механизъм може да стои зад наблюдаваните промени в поведението на невроните.

Когато топката бъде пропусната, играта започва отново и тя поема в произволна посока. Така следващото ѝ движение става по-трудно за предвиждане. При успешно отбиване обаче посоката ѝ е по-предсказуема.

Според учените невроните постепенно променят активността си по начин, който намалява непредвидимостта на получаваните сигнали. В резултат системата започва да управлява по-добре виртуалната ракета и по-успешно да предотвратява пропуските.

Това обяснение обаче остава хипотеза. Все още не е доказано, че именно стремежът към намаляване на непредвидимостта стои зад наблюдаваното поведение.

Въпреки това резултатите дават на Cortical Labs основание да продължи експериментите си.

През 2026 г. компанията демонстрира още по-необичайно приложение на технологията: система от чипове CL1, чиито неврони участват в управлението на герой в легендарния шутър от първо лице DOOM.

Разбира се, това не означава, че мозъчните клетки играят DOOM по начина, по който го прави човек.

Графиката, правилата и останалата логика на играта продължават да се обработват от обикновен компютър. Ролята на невроните, според Cortical Labs, се свежда до това да получават сигнали и въз основа на тях да генерират команди за управление на виртуалния персонаж.

Клетките не виждат екрана, не разпознават противниците и не разбират какво представлява играта. Експериментът показва единствено, че биологична невронна мрежа може да бъде включена в система, която преобразува входящи сигнали в действия.

Подобни опити са част от по-широките усилия на учените да разберат как мозъкът се учи и приспособява към променящата се среда. Изследователите проучват редица фактори, които влияят върху тези процеси, включително ефектите на кофеина върху ученето и мозъчната активност.

Могат ли живите неврони да заменят силициевите чипове?

Въпреки любопитните експерименти традиционните компютри засега имат огромно предимство. Силициевите процесори са много по-бързи, надеждни и ефективни при изпълнението на широк кръг от задачи.

Биологичните системи все още не могат да предложат съпоставима универсалност. Те изискват специфични условия за поддържане на клетките и тепърва предстои да бъде установено в кои области биха могли да бъдат действително полезни.

Това обаче не намалява амбициите на Cortical Labs.

В книгата Science for a Better Tomorrow представители на компанията разглеждат възможността естествените невронни системи да помогнат за създаването на по-ефективен изкуствен интелект.

„Биологичният мозък постига изключителна ефективност както по отношение на използваната енергия, така и на количеството информация, необходимо за учене. Освен това той може да се приспособява изключително бързо към промените в реално време. Затова си струва да преосмислим ролята на естествените невронни системи в развитието на изкуствения интелект“, пишат авторите.

Разбира се, напредъкът в тази област неизбежно повдига и въпроси за отговорното използване на новите технологии. Наред с възможните ползи все по-голямо внимание се отделя на рисковете, включително опасността изкуственият интелект да бъде използван за злонамерени цели.

Възможно ли е биологичните компютри някой ден да придобият съзнание?

Развитието на тези технологии поставя и въпрос, който доскоро изглеждаше запазен за философията и научната фантастика: ако една изкуствено създадена невронна система стане достатъчно сложна, би ли могла да притежава някаква форма на съзнание?

През последните години в научните лаборатории все по-често се използват т.нар. мозъчни органоиди. Това са миниатюрни триизмерни структури, отглеждани от стволови клетки, които възпроизвеждат някои особености на развиващата се мозъчна тъкан.

Те предоставят ценни възможности за изучаване на мозъка, но същевременно пораждат редица етични въпроси.

Един от тях е свързан с теоретичната възможност достатъчно сложна невронна система да развие способност за субективни преживявания.

Ако мрежа от живи неврони може да обработва сложна информация и да се приспособява към външни сигнали, възможно ли е някога да започне да изпитва болка или страдание?

На този етап няма основания да се смята, че невроните в експерименталния компютър в Сингапур притежават съзнание. Повечето специалисти по биоетика са на мнение, че съвременните лабораторно отглеждани невронни структури са далеч от необходимата за това сложност.

Самата възможност обаче заслужава внимание, особено ако технологиите продължат да се развиват.

Изследванията върху мозъка вече откриват нови пътища за разбиране на неговото функциониране и за търсене на подходи срещу неврологичните заболявания. Сред тях са и проучванията дали пробиотиците могат да забавят ранните признаци на когнитивен упадък.

Ако биологичните центрове за данни действително се развият до мащабите, които техните създатели си представят, ще се наложи да бъдат обсъдени не само техническите им възможности, но и границите на допустимото при използването на живи невронни системи.

Тогава въпросът дали подобни структури могат да придобият съзнание може да престане да бъде просто любопитна научнофантастична хипотеза.

Източник: IFLScienc; превод и редакция: Владимир Тодоров