3D-культуру нейронов превратили в универсальную вычислительную машину
Подобные структуры можно использовать в качестве физических аналогов компьютерных нейросетей, если научиться управлять работой и поведением отдельных нейронов и большими группами этих клеток внутри органоидов.
Исследователи из США превратили миниатюрное подобие мозга человека в вычислительную машину, которая умеет быстро учиться решать произвольные задачи и обмениваться данными с окружающим миром при помощи набора электродов. Были раскрыты первые результаты опытов с этим биокомпьютером.
В рамках разработанного учеными подхода, который назвали Brainoware, вычисления проводятся путем отправки и приема информации в органоид мозга (трехмерную культуру нейронов) при помощи массива электродов высокой плотности. Исследователи продемонстрировали потенциал использования данного подхода для решения важных на практике задач, адаптировав его для работы системы распознавания речи и приблизительного расчета нелинейных уравнений.
Эта биокомпьютерная вычислительная система была создана группой американских нейрофизиологов и инженеров. Она представляет собой культуру нервных клеток человека, которая организована в трехмерное подобие тканей мозга с большим числом соединенных друг с другом нервных окончаний.
Ученые предполагают, что подобные структуры можно использовать в качестве физических аналогов компьютерных нейросетей, если научиться управлять работой и поведением отдельных нейронов и большими группами этих клеток внутри органоидов. Ученые выяснили, что этого достаточно просто добиться при помощи разработанного ими набора микроэлектродов высокой плотности, а также концепции так называемых “резервуарных вычислений”.
В ее рамках все вычислительные процессы протекают внутри своеобразного “черного ящика”, роль которого играет набор из огромного числа связанных друг с другом нейронов, способных самообучаться, запоминать новую информацию и забывать старые, неактуальные данные. В отличие от классических компьютерных нейросетей, обучение в этом “черном ящике” протекает лишь на уровне входящих и выходящих слоев нейронов, что ускоряет этот процесс и позволяет биопроцессору быстро учиться решать новые задачи.
Используя этот подход, ученые успешно научили трехмерное подобие мозга, выращенное из стволовых клеток человека, распознавать голоса восьми мужчин-японцев с вероятностью 78%, а также находить приближенное решение для нелинейных уравнений со схожими шансами. В ходе этих опытов ученые доказали, что “биокомпьютер” легко перестраивает себя при решении новых задач, что выгодно отличает его от уже существующих нейросетей, для переобучения которых требуется много времени и энергии.
Источник: nauka.tass.ru
