Направление органоидного интеллекта получило заметный стимул к развитию: впервые выращенный из стволовых клеток человека массив нервной ткани продемонстрировал способность обрабатывать тактильную информацию и определять отдельные символы шрифта Брайля. Исследователи из Бристольского университета (Bristol University) называют результат прорывом, поскольку эксперимент показал принципиальную возможность работы «живых» нейронных сетей с сенсорными данными, которые ранее считались прерогативой электронных процессоров.

Как устроена установка: от стволовых клеток к мультиэлектродной матрице

В качестве «вычислителя» использовались органоиды переднего мозга размером менее миллиметра каждый, содержащие порядка 10 000 нейронов и вспомогательных клеток. Колонии выращивали на мультиэлектродных матрицах — устройствах, позволяющих одновременно подавать электрические импульсы и регистрировать активность нервных клеток по всей площади образца. Именно такая конфигурация сделала возможным и ввод данных, и считывание нейронного ответа.

Тактильный сенсор и кодирование букв в электрические сигналы

Данные для передачи в «мозг» формировались тактильным сенсором Evetac, которым сканировали комбинации выпуклых точек, соответствующие 26 буквам шрифта Брайля. Полученную информацию преобразовывали в электрические импульсы, кодируя её в амплитуде, частоте и фазе сигнала, а затем подавали на органоиды через электроды матрицы. Возникающую нейронную активность регистрировали теми же электродами и передавали алгоритму машинного обучения на компьютере.

Распознавание букв и устойчивость к помехам

Для определения букв применялся метод опорных векторов (SVM), классифицирующий характерные узоры нейронной активности. Один органоид обеспечивал точность распознавания на уровне 61 %, а объединение данных трёх органоидов повышало её до 83 %. В дополнительном испытании система с органоидами оказалась устойчивее к искусственным помехам, чем алгоритм, непосредственно обрабатывавший зашумлённые входные данные, — это даёт основания рассматривать биологические системы как потенциально более надёжный инструмент обработки данных.

Почему три органоида лучше одного — и чего не хватало эксперименту

Учёные пока затрудняются точно объяснить, почему совместная работа трёх органоидов дала лучший результат, чем одного. Одна из гипотез: различия в нейронных связях и активности отдельных структур дают взаимодополняющую информацию — подобно тому, как три наблюдателя с индивидуальным взглядом формируют более полное представление об объекте. Важно, что эксперимент проводился без обратной связи о правильности распознавания: органоиды получали информацию, но обучения не происходило. Задача состояла в том, чтобы доказать принципиальную возможность обработки изначально тактильной информации, и исследователи её выполнили.

Перспективы биогибридных вычислений

В дальнейшем команда намерена изучать обработку других тактильных сигналов — информации о текстуре и границах предметов, — а также возможность создания замкнутых систем с обратной связью. Биогибридные вычисления рассматриваются как перспективное направление, однако практическое превосходство таких систем над обычными электронными процессорами пока не доказано, и именно его подтверждение станет следующей целью разработчиков.