Австралійські біологи зв’язали сотні тисяч нейронів з комп’ютером і за допомогою дотепної системи винагороди змусили їх навчатися скоординованим діям. Такий “протомозок” легко освоїв комп’ютерну аркаду Pong, в якій потрібно відбивати м’яч віртуальною ракеткою.
DishBrain під мікроскопом / ©Cortical Labs
Вчені з Університету Монаша продемонстрували, що групи з декількох сотень тисяч нервових клітин “в пробірці” здатні взаємодіяти і кооперуватися для навчання і виконання спільного завдання. В експериментах такі системи навчилися грати в класичну комп’ютерну аркаду, про що Бретт Каган (Brett Kagan) і його колеги пишуть в статті, опублікованій в журналі Neuron.
Автори отримували біологічні нейронні мережі “в пробірці”, використовуючи стовбурові клітини гризунів і людини. Систему приблизно з 800 тисяч клітин виростили на масиві мікроелектродів, який забезпечив обмін сигналами з комп’ютером; вчені назвали її DishBrain, «мозок в пробірці». А комп’ютерна гра Pong – простий двомірний аналог пінг-понгу, в якому потрібно відбивати віртуальний м’яч віртуальною ракеткою — послужила тестом на здатність DishBrain адаптуватися й ефективно обробляти сенсорну інформацію. Інакше кажучи, навчатися.
©Kagan et al., 2022
Ключовим для цього став зворотний зв’язок, який нейрони отримували у вигляді електричних сигналів, що генеруються спеціально розробленою програмою SpikeStream. Вона дозволила кодувати руху ігрового м’ячика: електрична стимуляція в тій чи іншій частині DishBrain вказувала на положення м’яча в просторі, а його частота — на відстань до нього. Аналогічно кодувався вихідний сигнал: локалізація активності нейронів відповідала напрямку руху ракетки, а частота — його швидкості.
©Science X
DishBrain набагато простіше навіть найпримітивнішого мозку, в ньому немає дофамінової або іншої системи винагороди. Тому таку роль зіграв принцип вільної енергії, згідно з яким живі системи прагнуть до мінімізації ентропії, невизначеності свого оточення.
Якщо DishBrain помилявся в грі, то у відповідь отримував хаотичні електричні сигнали тривалістю кілька секунд. Якщо ж нейрони відбивали віртуальний м’яч, то у відповідь приходив короткий і передбачуваний сигнал. І такий підхід спрацював: виявилося, буквально за п’ять хвилин система навчалася координувати активність окремих клітин, пристосовуючись і успішно навчаючись грати.
Системи, подібні до DishBrain, можуть знайти найширше застосування в майбутньому.