Emberi agysejteket ültettek egy csipre és azok megtanultak játszani a Doommal

Bizarrnak hangzik? Az is. De elsősorban arról szól, hogy a sejtek reagálnak a visszajelzésekre, ami a megerősítéses tanulás egy alapvető formája.

A Doom játék főcímképe Forrás: Wikipedia

Egy új laboratóriumi kísérletben élő, emberi neuronok lépnek kapcsolatba egy számítógépes rendszerrel, és mint az igazi kezdők, nulláról kiindulva megtanulnak videójátékot játszani.

A Cortical Labs ausztrál biotechnológiai vállalat CL1 „biológiai számítógépe" nagyjából 200 000 élő, mikroelektróda-tömbön növesztett

emberi neuront használva irányítja a nagy klasszikus, 1993-as lövöldözős Doom videójátékot.

A szoftver elektromos jelekké alakítja a játékban történteket, és az „eseményekre” a nyilván „betanítás nélküli” sejtek valós időben reagálni tudnak és tanulnak.

A neuronok csipen helyezkednek el, és tápanyagfürdőben tartják életben őket, miközben az elektródák stimulálják őket, és figyelik a válaszaikat. A játékmenet elektromos aktivitási mintákon zajlik: ha valami megjelenik a képernyő bal oldalán, az elektródák megérintik az idegsejtcsoport megfelelő régióját.

Hogyan alakították át az emberi agysejteket biológiai számítógéppé?

A biológiai számítástechnika két nagyon különböző világot ötvöz. A laboratóriumban tenyésztett, élő emberi neuronokat helyezik szilícium mikrocsipekre, amelyek képesek kommunikálni ezekkel a neuronokkal. Az elektródák apró elektromos jeleket küldenek a sejteknek, és rögzítik az idegsejtek válaszokként adott „elektromos tüskéiket”.

A sejtek megerősítéses tanulással reagálnak a jelzésekre. Fotó: Nano Banana Pro

Ezek a tüskék ugyanolyan alapvető jelek, mint amelyeket az emberi agyban lévő neuronok használnak, így digitális parancsokká alakíthatók.

Más szóval, egy biológiai neurális hálózat egy számítógépes rendszer részévé válik.

Nem annyira ijesztő, mint ahogy elsőre hangzik

A kísérletekben használt neuronokat nem közvetlenül emberi agyból szerzik: a tudósok hétköznapi emberi sejteket, például bőr- vagy vérsejteket használnak.

A Shinya Yamanaka által kifejlesztett Nobel-díjas technika segítségével programozzák át a kutatók ezeket a sejteket indukált pluripotens őssejtekké.

Az indukált pluripotens őssejtek olyan felnőtt testi sejtekből visszaprogramozott sejtek, amelyek újra képesek bármilyen sejttípussá – köztük idegsejtté – fejlődni.

Idővel a neuronok hosszú nyúlványokat, úgynevezett axonokat és dendriteket növesztenek, amelyek szinapszisokon keresztül kapcsolatokat alakítanak ki egymással:

még egy edényben is természetes módon kis neurális hálózatokká szerveződnek, amelyek képesek elektromos mintázatok létrehozására.

Az ilyen hálózatok fel tudják dolgozni a jeleket és alkalmazkodni a visszacsatoláshoz. A jelenséget neuroplaszticitásnak nevezik.

A DishBrain-kísérletek

A Cortical Labs rendszere, a DishBrain – ami nagyjából 200 000 élő neuront tartalmaz és mikroelektróda-tömbön növesztik – hidat képez a biológiai sejtek és a szimulációt – esetünkben a Doom játékot – futtató számítógép között.

A kísérlet előzményeként 2022-ben a DishBrain megtanulta játszani a Pong nevű, valaha igen népszerű asztalitenisz-videójátékot.

Ez annak bizonyítéka, hogy a tenyésztett neuronok képesek célirányos tanulásra, amikor szimulált környezethez kapcsolódnak.

Éppen a Doom lövöldözős játékot választották?

1993-as megjelenése óta a Doom kulturális ikonná vált számítástechnikai körökben. A programozók gyakran tesztelnek szokatlan hardvereket egy egyszerű kérdéssel: „Futtatható rajta a Doom?”

Évek során a játékot mindenen futtatták már, számológépektől kezdve bankautomatákon át egészen a konyhai gépekig. Ez a lövöldözés lényegében azt demonstrálja, hogy egy rendszer képes elég gyorsan feldolgozni a bemeneteket és kimeneteket ahhoz, hogy számítógépként viselkedjen.

Az idegsejtkultúrák esetében a számítógép továbbra is maga futtatja a játékmotort. A neuronok inkább egy biológiai kontrollrendszerhez hasonlóan működnek, befolyásolva a játékon belüli műveleteket.

Miért érdekes egyáltalán a biológiai számítástechnika?

A kérdés messze túlmutat a videójátékokon. A mesterséges intelligencia nagymértékben támaszkodik hatalmas adatközpontokra, melyeknek

nagy teljesítményű grafikus processzorai kisebb városok villamosenergia-igényével vetekednek.

Ezzel szemben az emberi agy körülbelül 20 watt energiával, nagyjából egy korszerű villanykörte által fogyasztott energiamennyiséggel működik. Rendkívüli hatékonysága arra késztethet sok kutatót, hogy elgondolkodjanak, vajon a biológiai idegi rendszerek egy napon kiegészíthetik vagy akár felülmúlhatják-e a hagyományos szilícium-számítástechnikát.

Az élő számítógépek mai korlátai

Bármennyire lenyűgözőek az eredmények, a tudósok hangsúlyozzák, hogy a technológia még gyerekcipőben jár.

A kísérletekben körülbelül 200 000 neuront használnak, miközben az emberi agy nagyjából 86 milliárd neuront tartalmaz, amelyek rendkívül összetett struktúrákban helyezkednek el.

Így aztán ne számítsunk arra, hogy megnyerne egy Doom-bajnokságot. Annál ugyan sokkal jobb, mint egy olyan rendszer, amely összevissza, véletlenszerűen tüzel az ellenségekre, de még mindig sok időt veszít. Viszont a Cortical Labs állítja, hogy jelenlegi teljesítményszintjét gyorsabban érte el, mint a szilíciumalapú gépi tanulási rendszerek, és valószínűleg jobb lesz, ahogy az algoritmusok fejlődnek.

Ezek a technikai-biológiai kultúrák még nem rendelkeznek az igazi agy szervezett architektúrájával, nincsenek érzékszervi rendszereik, nincsenek memóriastruktúráik és nincs tudatuk. Még.