İşlemci Olarak Mini Beyinli Biyobilgisayar, Silikon Tabanlı Yapay Zekadan Daha Güçlü Olabilir

İnsan beyni bir hesaplama ustasıdır. Bilim adamlarının, beyinden ilham alan algoritmalardan nöromorfik çiplere kadar, makinelere destek vermek için beynin oyun kitabını ödünç alması şaşırtıcı değil.

Yine de sonuçlar - hem yazılım hem de donanımda - yalnızca bir kısmını yakalar. nöronlara gömülü hesaplama karmaşıklıkları. Ama belki de beyne benzer bilgisayarlar yapmanın önündeki en büyük engel, beynin nasıl çalıştığını hala tam olarak anlamamış olmamızdır. Örneğin, önceden oluşturulmuş katmanlar, bölgeler ve sürekli değişen nöral devrelerle tanımlanan mimarisi, yüksek verimlilik ve düşük enerji kullanımı ile kaotik dünyamızı nasıl anlamlandırıyor?

Öyleyse neden bu bilmeceden kaçıp nöral dokuyu doğrudan bir biyobilgisayar olarak kullanmıyorsunuz?

Bu ay, Johns Hopkins Üniversitesi'nden bir ekip cesur bir plan ortaya koydu yeni bir bilgi işlem alanı için: organoid zeka (OI). Endişelenmeyin, kavanozlardaki tellere bağlı canlı insan beyni dokusunu kullanmaktan bahsetmiyorlar. Bunun yerine, adında olduğu gibi, odak bir vekil üzerindedir: daha çok "mini beyinler" olarak bilinen beyin organoidleri. Bu bezelye büyüklüğündeki külçeler kabaca şuna benziyor: erken cenin gen ekspresyonu, çok çeşitli beyin hücreleri ve organizasyonunda insan beyni. Nöral devreleri spontan aktiviteyle kıvılcımlar saçıyor. beyin dalgaları ile dalgalanmave hatta ışığı algılayabilir ve kontrol kas hareketi.

Özünde, beyin organoidleri, beyni sınırlı bir dereceye kadar kopyalayan oldukça gelişmiş işlemcilerdir. Teorik olarak, farklı tipte mini beyinler, dijital sensörlere ve çıkış cihazlarına bağlanabilir - beyin-makine arayüzlerinden farklı olarak değil, vücudun dışında bir devre olarak. Uzun vadede, "bir tabakta zeka" sağlamak için biyolojik geri bildirim ve makine öğrenimi yöntemleri kullanılarak eğitilmiş bir süper biyobilgisayarda birbirlerine bağlanabilirler.

Kulağa biraz ürkütücü geliyor mu? Kabul ediyorum. Bilim adamları, çizgiyi nereye çekeceklerini uzun süredir tartışıyorlar; yani, bilinci geliştiren külçelerin varsayımsal kabus senaryosuyla mini beyin bir insana çok benzediğinde.

Ekip çok iyi biliyor. Organoid zekanın bir parçası olarak, bilim adamları, biyoetikçiler ve halktan oluşan bir konsorsiyum ile geliştirme boyunca ağırlığı olan "gömülü etik" ihtiyacını vurguluyorlar. Ancak kıdemli yazar Dr. Thomas Hartung'a göre organoid zeka araştırmasını başlatmanın zamanı geldi.

Ekip, "Biyolojik hesaplama (veya biyo hesaplama), silikon tabanlı bilgi işlem ve yapay zekadan daha hızlı, daha verimli ve daha güçlü olabilir ve enerjinin yalnızca bir kısmını gerektirir" diye yazdı.

[Gömülü içerik]

Zeki Bir Çözüm

Beyin dokusunu hesaplama donanımı olarak kullanmak tuhaf görünebilir, ancak daha önce öncüler oldu. 2022'de Avustralyalı şirket Kortikal Laboratuvarlar bir tabakta yüz binlerce izole nöron öğretti Pong oynamak sanal bir ortamın içinde. Derin öğrenme algoritmalarıyla desteklenen silikon çiplerle bağlanan nöronlar, temel nörobiyolojik öğrenme belirtilerini yakalayan bir "sentetik biyolojik zeka platformuna" dönüşüyor.

Ekip burada fikri bir adım öteye taşıdı. İzole edilmiş nöronlar, ilkel bir biyobilgisayar biçimini zaten destekleyebiliyorsa, 3B mini beyinler ne olacak?

On yıl önce ortaya çıktıklarından bu yana mini beyinler, otizm gibi nörogelişimsel bozuklukları incelemek ve yeni ilaç tedavilerini test etmek için sevgili haline geldi. Genellikle bir hastanın cilt hücrelerinden büyütülen - indüklenmiş pluripotent kök hücrelere (iPSC'ler) dönüştürülen - organoidler, nöral kabloları da dahil olmak üzere bir kişinin genetik yapısını taklit etmek için özellikle güçlüdür. Daha yakın zamanlarda, insan organoidleri kısmen restore edilmiş konakçı nöronları ile bütünleştikten sonra sıçanlarda görme bozukluğu.

Başka bir deyişle, mini beyinler, biyolojik beyinlerle kolayca bağlantı kuran tak ve çalıştır biyobilgisayar sistemi için halihazırda yapı taşlarıdır. Öyleyse neden onları bir bilgisayar işlemcisi olarak kullanmıyorsunuz? "Soru şu: Bu organoidlerden öğrenebilir ve bu organoidlerin bilgi işlem kapasitesini kullanabilir miyiz?" ekip sordu.

Ağır Bir Taslak

Geçen yıl, bir grup biyobilgisayar uzmanı bir araya geldi. ilk organoid istihbarat atölyesi mini beyinlerin biyobilgisayarlar olarak kullanımı ve sonuçlarıyla mücadele eden bir topluluk oluşturma çabası içinde. "Baltimore deklarasyonu"nda birleştirilen kapsayıcı tema, işbirliğiydi. Bir mini beyin sistemi birkaç bileşene ihtiyaç duyar: girişi algılayacak cihazlar, işlemci ve okunabilir bir çıktı.

Yeni makalede Hartung, organoid zekayı hızlandırmak için dört yörünge öngörüyor.

İlki, kritik bileşene odaklanır: mini beyin. Öğrenmeyi ve hafızayı destekleyen beyin hücreleriyle yoğun bir şekilde dolu olmasına rağmen, organoidlerin büyük ölçekte kültürlenmesi hala zordur. Yazarların açıkladığı erken bir kilit amaç, ölçeği büyütmek.

"Bebek odası" işlevi gören mikroakışkan sistemlerin de iyileştirilmesi gerekiyor. Bu yüksek teknoloji köpük banyoları, gelişmekte olan mini beyinleri canlı ve sağlıklı tutmak için besin ve oksijen sağlarken toksik atıkları ortadan kaldırarak onlara olgunlaşmaları için zaman verir. Aynı sistem, büyümelerini ve davranışlarını değiştirmek için nörotransmiterleri (nöronlar arasındaki iletişimi köprüleyen moleküller) belirli bölgelere pompalayabilir.

Bilim adamları daha sonra çeşitli elektrotlar kullanarak büyüme yörüngelerini izleyebilirler. Çoğu şu anda 2D sistemler için tasarlanmış olsa da, ekip ve diğerleri, küresel bir şekle yerleştirilmiş çoklu elektrotlara sahip EEG (elektroensefalogram) başlıklarından esinlenerek organoidler için özel olarak tasarlanmış 3D arayüzlerle seviye atlıyor.

Ardından sinyallerin kodunun çözülmesi gelir. İkinci yörünge, mini beyinlerin içindeki nöral aktivitenin ne zaman ve nerede olduğunun deşifre edilmesiyle ilgilidir. Belirli elektriksel kalıplarla (örneğin, nöronları Pong oynamaya teşvik edenler) zaplandığında, beklenen sonuçları veriyorlar mı?

Bu başka bir zor iştir; öğrenme, nöral devreleri birçok düzeyde değiştirir. Peki ne ölçülmeli? Ekip, nöronlardaki değiştirilmiş gen ifadesi ve sinir ağlarına nasıl bağlandıkları da dahil olmak üzere birden fazla seviyeye inmeyi öneriyor.

Yapay zeka ve işbirliğinin sıçrama yapabileceği yer burasıdır. Biyolojik sinir ağları gürültülüdür, bu nedenle "öğrenme" belirgin hale gelmeden önce birden fazla deneme yapılması gerekir - bu da bir veri seli oluşturur. Ekip için makine öğrenimi, mini beyin tarafından işlenen farklı girdilerin nasıl çıktılara dönüştüğünü ortaya çıkarmak için mükemmel bir araçtır. gibi büyük ölçekli nörobilim projelerine benzer. BEYİN Girişimi, bilim adamları organoid zeka araştırmalarını küresel işbirlikleri için bir topluluk çalışma alanında paylaşabilirler.

Üçüncü yörünge daha ileride. Eldeki verimli ve uzun ömürlü mini beyinler ve ölçüm araçlarıyla, daha karmaşık girdileri test etmek ve stimülasyonun biyolojik işlemciye nasıl geri beslendiğini görmek mümkündür. Örneğin, hesaplamasını daha verimli hale getiriyor mu? Farklı türdeki organoidler - örneğin korteks ve retinaya benzeyenler - organoid zekanın daha karmaşık formlarını oluşturmak için birbirine bağlanabilir. Yazarlar, bunların "zekanın nörohesaplamalı teorilerini ampirik olarak test etmeye, keşfetmeye ve daha da geliştirmeye" yardımcı olabileceğini yazdı.

Talep Üzerine İstihbarat?

Dördüncü yörünge, tüm projenin altını çizen yörüngedir: biyobilgisayar için mini beyin kullanma etiği.

Beyin organoidleri beyne giderek daha fazla benzediğinden - o kadar ki entegre etme ve kısmen geri yükleme bir kemirgenin yaralı görsel sistemi - bilim adamları bir tür farkındalık kazanıp kazanamayacaklarını soruyorlar.

Açık olmak gerekirse, mini beyinlerin bilinçli olduğuna dair bir kanıt yok. Ancak yazarlar, "organoidler yapısal olarak daha karmaşık hale geldikçe, girdiler aldıkça, çıktılar ürettikçe ve en azından teorik olarak çevreleriyle ilgili bilgileri işleyip ilkel bir hafıza oluşturdukça, bu endişeler organoid zekanın gelişimi sırasında artacaktır" dedi. Bununla birlikte, organoid zekanın amacı insan bilincini yeniden yaratmak değil, beynin hesaplama işlevlerini taklit etmektir.

Mini beyin işlemcisi tek etik kaygı değildir. Bir diğeri hücre bağışıdır. Mini beyinler donörlerinin genetik yapısını korudukları için, nöroçeşitlilik üzerinde seçim yanlılığı ve sınırlama şansı vardır.

Sonra bilgilendirilmiş onay sorunu var. Ünlü kanser hücre dizisi HeLa hücreleri ile tarihin gösterdiği gibi, hücre bağışının çok kuşaklı etkileri olabilir. "Organoid, hücre donörü hakkında ne gösteriyor?" yazarlar sordu. Araştırmacılar, araştırmaları sırasında nörolojik bozukluklar keşfederlerse bağışçıyı bilgilendirmek zorunda olacaklar mı?

Ekip, "gerçekten keşfedilmemiş bölgede" gezinmek için gömülü bir etik yaklaşımı öneriyor. Biyoetik uzmanları, her adımda, kamuoyu görüşlerini toplarken olası sorunları yinelemeli olarak ortaya çıkarmak için araştırma ekipleriyle işbirliği yapacak. Strateji, diğer tartışmalı konulara benzer, örneğin insanlarda genetik düzenleme.

Mini beyinle çalışan bir bilgisayar yıllarca uzakta. Hartung, "Herhangi bir bilgisayar türüyle karşılaştırılabilir bir şey hedefine ulaşmamız onlarca yıl alacak" dedi. Ancak programı başlatma, farklı alanlarda birden çok teknolojiyi birleştirme ve etik tartışmalara girme zamanı.

Ekip, "Nihayetinde, biyolojik hesaplamada, silikon tabanlı bilgi işlem ve yapay zekanın birçok sınırlamasının üstesinden gelebilecek ve dünya çapında önemli etkileri olabilecek bir devrimi hedefliyoruz" dedi.

Resim Kredi: Jesse Plotkin/Johns Hopkins Üniversitesi

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/03/07/biocomputing-with-mini-brains-as-processors-could-be-more-powerful-than-ai/