Системы искусственного интеллекта, даже такие сложные, как ChatGPT, зависят от того же кремниевого оборудования, которое было основой вычислений с 1950-х годов. Но что, если бы компьютеры можно было формировать из живой биологической материи? Некоторые исследователи в академических кругах и коммерческом секторе, опасаясь раздувающихся потребностей ИИ в хранении данных и энергии, сосредотачиваются на развивающейся области, известной как биокомпьютинг. 

Этот подход использует синтетическую биологию, такую ​​как миниатюрные кластеры выращенных в лаборатории клеток, называемых органоидами, для создания компьютерной архитектуры. Среди пионеров биокомпьютинга — швейцарская компания FinalSpark, которая в начале этого года дебютировала со своей «Нейроплатформой» — компьютерной платформой, работающей на органоидах человеческого мозга, — которую ученые могут арендовать через интернет за 500 долларов в месяц.

«Насколько мне известно, мы единственные в мире, кто делает это» на публичной арендной платформе, говорит соучредитель FinalSpark Фред Джордан. Изначально финансируемый за счет средств предыдущего стартапа своих соучредителей, FinalSpark ищет экологически устойчивый способ поддержки ИИ. «Наша главная цель — искусственный интеллект за 100 000 раз меньше энергии, чем требуется в настоящее время для обучения современного генеративного ИИ», - говорит Джордан. 

Нейроплатформа использует ряд процессорных блоков, в каждом из которых размещено четыре сферических мозговых органоида. Каждый органоид шириной 0,5 миллиметра подключен к восьми электродам, которые электрически стимулируют нейроны внутри живой сферы; эти электроды также связывают органоиды с обычными компьютерными сетями. Нейроны выборочно подвергаются воздействию нейромедиатора хорошего самочувствия дофамина, чтобы имитировать естественную систему вознаграждения человеческого мозга. Эти двойные установки — положительные дофаминовые вознаграждения и электрическая стимуляция — тренируют нейроны органоидов, побуждая их формировать новые пути и связи, во многом так же, как, по-видимому, учится живой человеческий мозг. Если это обучение будет усовершенствовано, оно в конечном итоге позволит органоидам имитировать искусственный интеллект на основе кремния и служить процессорными блоками с функциями, аналогичными сегодняшним ЦП (центральным процессорам) и ГП (графическим процессорам), утверждает FinalSpark.

На данный момент органоиды и их поведение транслируются в прямом эфире 24 часа в сутки, чтобы исследователи (и все остальные) могли наблюдать за ними.

«Задача состоит в том, чтобы найти подходящий способ заставить нейроны делать то, что мы хотим», — говорит Джордан.

Исследовательские группы из 34 университетов запросили разрешение на использование биокомпьютеров FinalSpark, и на данный момент компания предоставила доступ ученым из Мичиганского университета, Свободного университета Берлина и семи других учреждений. Проект каждого из них сосредоточен на разных аспектах биовычислений. Например, группа из Мичиганского университета изучает электрические и химические подсказки, необходимые для изменения активности органоидов, — по сути создавая строительные блоки компьютерного языка, специфичного для органоидов. Тем временем ученые из Ланкастерского университета в Лейпциге в Германии пытаются вписать органоиды в различные модели обучения ИИ.

Остаются нерешенными вопросы способности органоидных вычислений конкурировать с кремнием в больших масштабах. Во-первых, не существует стандартизированной производственной системы. А живые мозги умирают: органоиды FinalSpark живут в среднем около 100 дней (и это значительный прогресс по сравнению с первоначальным сроком жизни эксперимента, который составлял всего несколько часов). Но Джордан отмечает, что Neuroplatform «оптимизировала» свой внутренний процесс изготовления органоидов, и в настоящее время на ее предприятии их находится от 2000 до 3000.

FinalSpark не одинок в своем стремлении к органическим альтернативам кремниевым вычислениям, и мозговые органоиды — не единственный возможный путь вперед. 

«Существуют разные разновидности биовычислений, - говорит Анхель Гони-Морено, исследователь из Национального центра биотехнологий Испании. - Мы изучаем клеточные вычисления или использование модифицированных живых клеток для создания систем, которые могут воспроизводить «память, логические вентили и другие основы принятия решений, известные нам из традиционной компьютерной науки». 

Его команда ищет задачи, в которых биокомпьютеры превосходят своих кремниевых коллег — динамику, которую он называет «клеточным превосходством». В частности, Гони-Морено считает, что, поскольку клеточные компьютеры могут реагировать на условия окружающей среды, они могут способствовать биоремедиации, или восстановлению поврежденных экосистем. 

«Это область, в которой обычные компьютеры не могут делать практически ничего, - говорит Гони-Морено. - Вы не можете просто бросить компьютер в озеро и заставить его сообщать вам состояние окружающей среды». 

Однако погруженный в воду бактериальный компьютер сможет давать тонкую оценку состояния окружающей среды, поскольку клетки реагируют на химические и другие раздражители.

В то время как Гони-Морено сосредоточен на бактериях, Эндрю Адамацки из Университета Западной Англии, основатель и главный редактор International Journal of Unconventional Computing, изучает вычислительные возможности грибов. Мицелии, или сети грибковых нитей, демонстрируют пиковые электрические потенциалы, похожие на те, что обнаруживаются в нейронах, говорит Адамацки. 

Он надеется воспользоваться этими электрическими свойствами для создания грибковой вычислительной системы, похожей на мозг, которая «потенциально способна к обучению, резервуарным вычислениям, распознаванию образов и многому другому». Команда Адамацки уже успешно обучила грибковые сети помогать компьютерным системам выполнять определенные математические функции. 

«Грибковые вычисления предлагают несколько преимуществ по сравнению с вычислениями на основе мозговых органоидов, - говорит Адамацки, - особенно с точки зрения этической простоты, простоты выращивания, устойчивости к окружающей среде, экономической эффективности и интеграции с существующими технологиями».

Джордан прекрасно осведомлен о соображениях, связанных с использованием культивированных человеческих нейронов в немедицинских целях. Продолжающиеся биоэтические дебаты касаются того, могут ли мини-мозги обрести сознание, хотя пока нет никаких доказательств того, что это когда-либо было создано в лаборатории . Джордан говорит, что в настоящее время он ищет философов и исследователей с «культурным бэкграундом, чтобы помочь нам ответить на эти этические вопросы».

Адамацки признает, что мозговые органоиды «могут предложить расширенные функции благодаря своим сложным и нейроноподобным структурам», несмотря на его поддержку грибковых вычислений. Джордан, со своей стороны, уверен в выборе FinalSpark для своих биокомпьютеров. Из всех клеток, из которых можно выбирать, говорит он, «человеческие нейроны лучше всего обучаются».

Источник: Scientific American