Сколько клеток мозга нужно задействовать, чтобы научиться играть в видеоигру? Нейронная сеть DishBrain показала, что для игры в Pong достаточно примерно 800 тысяч клеток. Учёным в австралийской лаборатории Cortical Labs удалось создать первый синтетический биологический разум, способный обучаться и адаптировать свою активность для выполнения различных задач.
По словам нейробиолога Бретта Кагана из биотехнологического стартапа Cortical Labs в Австралии, DishBrain представляет собой смесь нейронов мыши и человека. Учёные вырастили эту нейронную сеть из стволовых клеток на матрице из электродов, которые возможно активировать для стимуляции нейронов и реализации сенсорной передачи информации / сигналов. Для игры в Pong микроэлектроды на краях сосуда с простейшим «мозгом» сигнализируют о местоположении мяча: слева или справа от ракетки. Частота сигнала отображает расстояние от ракетки до мяча. Стоит отметить, что, люди обычно понимают, что сама игра и виртуальная ракетка существуют отдельно от них, однако в случае DishBrain всё происходящее вокруг – это своеобразная «Матрица», а сам «мозг» отождествляет себя с виртуальной ракеткой.
При базовом раскладе, когда единственным источником сведений о местоположении мяча являются сигналы с электродов, синтетический биологический разум способен передвигать ракетку и отбивать мяч, но делает это медленно и неэффективно. Для повышения производительности система нейронов нуждается в обратной связи. Чтобы максимально эффективно обучить DishBrain игре в Pong, учёные разработали программное обеспечение, которое использует электроды для передачи «отклика», когда мозг упускает мячик. С момента задействования этого ПО системе понадобилось всего 5 минут, чтобы научиться внимательнее отслеживать ситуацию на игровом поле и оперативно реагировать на любые изменения.
Несколько лет назад нейробиолог Карл Фристон из Университетского колледжа Лондона опубликовал свою теорию принципа свободной энергии, согласно которой все биологические системы стремятся к уменьшению разрыва между ожидаемым и реальным, чтобы сделать окружающий мир более предсказуемым. Всё живое от крошечной клетки до полноценного мозга работает над уменьшением объёма свободной энергии – неопределённости, потому сенсорно-регуляторно-моторные системы организма используют все доступные данные для расчёта сценария происходящего. По словам Кагана, его коллеги выбрали для эксперимента Pong, поскольку это одна из первых игр, которые стали применять для тренировки нейронных сетей. Получая непредсказуемые сигналы о положении мячика, синтетический биологический мозг DishBrain стремится к реорганизации своей активности для минимизации случайных сценариев, подтверждая теорию Фристона.
Учёные считают, что DishBrain олицетворяет серьёзный прогресс в имитации процессов человеческого мозга на примере искусственной системы. В мозге человека содержится от 80 до 100 миллиардов нейронов, и даже самым продвинутым компьютерам пока не удавалось повторить его уровень производительности. В частности, даже для симуляции всего 1 секунды 1% мозговой активности японским учёным и суперкомпьютеру K Computer понадобилось 40 минут, 82944 процессора и 1 петабайт памяти. Исследователи утверждают, что в будущем им, возможно, удастся сымитировать архитектуру человеческого мозга именно при помощи синтетических биологических систем вроде DishBrain. Впрочем, даже на нынешнем уровне развития «мозг в пробирке» будет полезным для учёных, например, для испытания медицинских препаратов с возможностью отслеживания реакции нейронов на клеточном уровне. Возможно, в будущем биотехнологи смогут адаптировать лекарственные средства с учётом индивидуальной биологии пациента, выращивая биологического близнеца из его стволовых клеток для тестирования эффективности и безопасности терапевтического вмешательства.
По словам Кагана, следующим шагом в изучении возможностей DishBrain станет наблюдение за деятельностью нейронов под воздействием различных препаратов и алкоголя. Другими словами, учёные планируют выяснить, насколько ухудшится эффективность игры «мозга в пробирке» в Pong после употребления психоактивных веществ.