Это звучит как идея любой научно-фантастической книги или фильма об андроидах, только на этот раз это реальная жизнь. Ученые представили гибридный биокомпьютер под названием Brainoware, который объединяет выращенную в лаборатории ткань человеческого мозга с обычными электронными схемами.

Brainoware использует адаптивные резервуарные вычисления — метод, включающий биологические нейронные сети внутри органоидов мозга. Эти сети взаимодействуют с многоэлектродной матрицей высокой плотности, облегчая выполнение сложных вычислительных задач. По сути, он сочетает в себе аппаратное обеспечение искусственного интеллекта (ИИ) с программным обеспечением человека.

Brainoware продемонстрировала навыки распознавания речи и решения нелинейных хаотических уравнений, продемонстрировав свой потенциал для различных приложений искусственного интеллекта. Эта система замечательно обучается и совершенствуется с течением времени, адаптируя свой функционал на основе входных данных.

Ключевое нововведение заключается в интеграции органоидов мозга — скоплений человеческих клеток, имитирующих настоящие органы. Эти органоиды, полученные из стволовых клеток, трансформируются в нейроноподобные клетки, напоминающие клетки нашего мозга.

Создание Brainoware включало размещение органоида мозга на пластине с тысячами электродов, соединяющих ткани мозга с электрическими цепями. Система преобразует входную информацию в электрические импульсы, которые затем подаются в органоид. Его ответы фиксируются датчиками и интерпретируются с помощью алгоритмов машинного обучения.

В тесте на распознавание голоса, включавшем 240 записей восьми человек, Brainoware распознала каждого говорящего с точностью 78%. Органоид генерировал уникальные шаблоны нейронной активности для каждого голоса, которые система искусственного интеллекта успешно расшифровала. Это достижение не только демонстрирует потенциал Brainoware, но и подтверждает теоретические концепции, имеющие решающее значение для разработки нового класса компьютеров, основанных на биологии.

Исследователи отмечают, что такое слияние органоидов и цепей потенциально может использовать скорость и энергоэффективность человеческого мозга для создания искусственного интеллекта. Кроме того, Brainoware может оказаться весьма полезным в исследованиях мозга. В отличие от простых культур клеток, органоиды мозга могут копировать архитектуру и функции работающего мозга, хотя по своим функциям они не совсем похожи на мозг. Это делает Brainoware многообещающим инструментом для моделирования неврологических расстройств и тестирования эффектов и токсичности лечения, возможно, в будущем заменив модели мозга животных.

Однако проблемы остаются, особенно в сохранении органоидов. Поскольку эти клетки требуют инкубации, сохранение более крупных органоидов для выполнения сложных задач в настоящее время невозможно. Сложные вычислительные задачи требуют более крупных органоидов, но простого способа добиться этого пока не существует. На данный момент это всего лишь подтверждение концепции.

Заглядывая в будущее, команда планирует изучить, как органоиды мозга можно адаптировать для более сложных задач и сконструировать для большей стабильности и надежности. Интеграция их в существующие кремниевые микрочипы, используемые в вычислениях искусственного интеллекта, является следующим важным шагом.

Результаты появились в журнале Природная электроника.