В нескольких словах
Разработан первый коммерческий биологический компьютер CL1, использующий живые нейроны человека. Он предназначен для медицинских исследований и разработки лекарств, а также может стать основой для создания энергоэффективных вычислительных систем.
Современная жизнь немыслима без взаимодействия человека с устройствами, работающими на чипах. Эти миниатюрные элементы, состоящие из полупроводников на основе кремния, есть в мобильных телефонах, микроволновых печах, кредитных картах и транспортных картах. Однако, из-за высокого потребления энергии и воды при производстве кремния, а также растущих требований к скорости и производительности, исследователи активно ищут альтернативные решения. В последние годы появились транзисторы и полупроводники на основе углеродных нанотрубок или графена, но самым смелым шагом стало появление в марте нейронов человека.
Выращенные в лаборатории клетки мозга лежат в основе работы CL1, представленного как первый коммерческий биологический компьютер, который обещает раскрыть секреты обработки информации в мозге. CL1 разработан для разработки лекарств путем изучения реакции нейронов на определенные соединения. Он также поможет ученым и медицинским лабораториям понять, как нейроны обрабатывают информацию и как происходит обучение в реальном времени, а также механизмы, вызывающие некоторые нейродегенеративные и когнитивные заболевания.
«Мы считаем, что если сейчас активно развивается искусственный интеллект, то должен быть интерес к пониманию того, как возникает интеллект, имеющий биологическое происхождение. Потому что единственный известный нам обобщенный интеллект — это интеллект людей и животных», — говорит Хон Венг Чонг, основатель и директор австралийской компании Cortical Labs, разработчика нового устройства.
Половина органика, половина машина
В настоящее время существуют исследовательские центры, разрабатывающие нейроны вне живого организма, обычно из стволовых клеток или клеток животных. Как правило, это делается для биомедицинских целей или для нейробиологических исследований. Однако компания Cortical Labs пошла дальше, поместив эти клетки в систему, где они получают информацию от программы — аппаратного обеспечения, обрабатывают ее и выдают результат, взаимодействующий с внешней средой.
«Когда нейроны культивируются, они обычно не получают данных, а просто располагаются в чашке, излучая и собирая собственную электрическую активность. Но это не похоже на то, что действительно происходит естественным образом внутри живого существа, поэтому мы создали систему, позволяющую создавать симуляции, которые нейроны могут обрабатывать», — объясняет Чонг.
Для поддержания жизни этого гибридного организма CL1 имеет внутреннюю структуру, регулирующую поток газов, насосы и температуру. Устройство имеет футуристический дизайн, прямоугольную форму и вес около шести килограммов. Его длина составляет чуть более 50 сантиметров, а ширина — 15 сантиметров. Верхняя часть прозрачна, что позволяет видеть кабели и крошечные трубки, обеспечивающие работу компьютера. На передней панели сенсорный экран отображает информацию о состоянии системы, например, температуру.
Клетки питаются раствором, богатым питательными веществами, который поступает к ним через фильтрующие элементы. В частности, два фильтрующих картриджа с мембраной, которая позволяет отделять чистую жидкость от отходов. Поскольку некоторые белки задерживаются в мембране, необходимо проводить техническое обслуживание каждые шесть месяцев, чтобы нейроны не погибли. «Мы стараемся имитировать то, что делает тело: поддерживать хорошее питание, удалять отходы и поддерживать нужную температуру. Она не должна быть ни слишком горячей, ни слишком холодной; около 37 градусов Цельсия, что является температурой тела. Необходимо также поддерживать правильный уровень pH, чтобы он не был ни слишком кислым, ни слишком щелочным», — отмечает Чонг.
Что касается операционной части, CL1 работает с системой биологического интеллекта под названием biOS, которая позволяет пользователям выполнять код через нейроны и выполнять вычислительные задачи. Соединение между органической и технологической частями осуществляется с помощью микропроцессора, который действует как интерфейс, получая и отправляя электрические импульсы в нервные клетки.
Цена 35 000 евро
Цена CL1 составляет 35 000 евро, но он не предназначен для обычного пользователя. Несмотря на наличие открытой системы с USB-портами, позволяющими подключаться к другим устройствам, его использование предназначено для исследователей и ученых. «Устройству нужна лаборатория, которая обеспечит клетки всем необходимым для здорового роста. Мы хотим убедиться, что у тех, кто его приобретает, есть возможность самостоятельно выращивать клетки и они знают, как им пользоваться. На данный момент мы принимаем заказы и оцениваем клиентов», — уточняет нейробиолог.
Хотя внимание средств массовой информации во время запуска CL1 было сосредоточено на его медицинском и фармацевтическом потенциале, Чонг уверяет, что его истинная цель — открыть путь к новому способу вычислений, более быстрому, с меньшим количеством данных и, прежде всего, с меньшим энергопотреблением.
Подсчитано, что графический процессор (GPU), используемый в обычных центрах обработки данных, поддерживающих рабочие нагрузки ИИ нового поколения, может потреблять более 3,7 миллиона ватт в год. В отличие от этого, CL1 использует от 850 до 1000 ватт. В настоящее время мобильные телефоны, компьютеры, центры обработки данных и другие виды цифровой деятельности составляют 7% от общего потребления электроэнергии.
«Нейрон является самопрограммируемым, бесконечно гибким и является результатом 4 миллиардов лет эволюции», — утверждает Чонг. Он также подчеркивает, что это позволит проводить исследования без использования тестов на животных. Однако компания Cortical Labs действительно использовала нейроны мышей в предыдущем проекте, в котором прототип, состоящий из 800 000 человеческих и животных нейронов, был обучен играть в видеоигру Pong. Этот эксперимент ознаменовал новый этап в исследованиях компании, которая в течение четырех лет стремится понять, как учатся нейроны, какую информацию они должны получать и как эта информация должна кодироваться.
Биология как новая вычислительная система
Эксперимент с Pong позволил сделать выводы о различных характеристиках этих клеток. Результаты были опубликованы в 2023 году в журнале Nature Communications, где была исследована концепция нейронной критичности. Эта теория предполагает, что мозг работает в критической точке, на границе между порядком и хаосом, чтобы оптимизировать обработку информации, память и адаптивность.
Эта идея обещает революционизировать не только нейровычисления, но и биологические вычисления в целом. Последние понимаются как раздел информатики, который изучает, с одной стороны, использование биологических систем для обработки и хранения информации, а с другой — то, как разработчики программного обеспечения могут черпать вдохновение в механизмах биологической эволюции для создания новых алгоритмов, позволяющих решать сложные проблемы.
Исследователи и разработчики смогут удаленно манипулировать нейронами в CL1 с июля благодаря Cortical Cloud. Эта облачная платформа, на которую уже зарегистрировано более 1000 человек, позволит выполнять эксперименты и код в системе biOS. «Мы хотим предоставить эту информацию открыто исследовательскому сообществу, чтобы они также могли интегрировать ее в свои проекты», — заключает Чонг.
Tendencias — это проект Джерело новини, с помощью которого газета стремится открыть постоянный разговор о больших проблемах будущего, с которыми сталкивается наше общество. Инициатива спонсируется Abertis, Enagás, EY, GroupM, Iberdrola, Iberia, Mapfre, Организацией иберо-американских государств (OEI), Redeia и Santander и стратегическим партнером Oliver Wyman.
Вы можете подписаться, чтобы получать еженедельную рассылку новостей Джерело новини Tendencias каждый вторник от журналиста Хавьера Сампетро.
