Напрямок органоїдного інтелекту отримав помітний поштовх до розвитку: вперше вирощений зі стовбурових клітин людини масив нервової тканини продемонстрував здатність обробляти тактильну інформацію та визначати окремі символи шрифту Брайля. Дослідники з Брістольського університету (Bristol University) називають результат проривом, оскільки експеримент показав принципову можливість роботи «живих» нейронних мереж із сенсорними даними, які раніше вважалися прерогативою електронних процесорів.

Як влаштована установка: від стовбурових клітин до мультимелектродної матриці

Як «обчислювач» використовувалися органоїди переднього мозку розміром менше міліметра кожний, що містять близько 10 000 нейронів і допоміжних клітин. Колонії вирощували на мультимелектродних матрицях — пристроях, що дозволяють одночасно подавати електричні імпульси та реєструвати активність нервових клітин по всій площі зразка. Саме така конфігурація уможливила і введення даних, і зчитування нейронної відповіді.

Тактильний сенсор і кодування літер в електричні сигнали

Дані для передачі в «мозок» формувалися тактильним сенсором Evetac, яким сканували комбінації опуклих точок, що відповідають 26 літерам шрифту Брайля. Отриману інформацію перетворювали на електричні імпульси, кодуючи її в амплітуді, частоті та фазі сигналу, а потім подавали на органоїди через електроди матриці. Виникаючу нейронну активність реєстрували тими ж електродами і передавали алгоритму машинного навчання на комп'ютері.

Розпізнавання літер і стійкість до перешкод

Для визначення літер застосовувався метод опорних векторів (SVM), що класифікує характерні візерунки нейронної активності. Один органоїд забезпечував точність розпізнавання на рівні 61 %, а об'єднання даних трьох органоїдів підвищувало її до 83 %. У додатковому випробуванні система з органоїдами виявилася стійкішою до штучних перешкод, ніж алгоритм, що безпосередньо обробляв зашумлені вхідні дані, — це дає підстави розглядати біологічні системи як потенційно надійніший інструмент обробки даних.

Чому три органоїди краще за один — і чого не вистачало експерименту

Вчені поки що важко пояснюють, чому спільна робота трьох органоїдів дала кращий результат, ніж одного. Одна з гіпотез: відмінності в нейронних зв'язках і активності окремих структур дають взаємодоповнюючу інформацію — подібно до того, як три спостерігачі з індивідуальним поглядом формують повніше уявлення про об'єкт. Важливо, що експеримент проводився без зворотного зв'язку про правильність розпізнавання: органоїди отримували інформацію, але навчання не відбувалося. Завдання полягало в тому, щоб довести принципову можливість обробки спочатку тактильної інформації, і дослідники її виконали.

Перспективи біогібридних обчислень

Надалі команда має намір вивчати обробку інших тактильних сигналів — інформації про текстуру та межі предметів, — а також можливість створення замкнутих систем із зворотним зв'язком. Біогібридні обчислення розглядаються як перспективний напрямок, проте практична перевага таких систем над звичайними електронними процесорами поки не доведена, і саме її підтвердження стане наступною метою розробників.