Наука

Група нейронів “в пробірці” навчилася грати в комп’ютерну гру (фото+відео)

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.

“До клітин додається непередбачуваний стимул, і система як ціле реорганізує свою активність таким чином, щоб краще грати в гру і мінімізувати випадковість, — говорить Бретт Каган. – Можна сказати, відбиваючи м’яч і отримуючи передбачувану відповідь, вона створює для себе більш передбачуване 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.

“Потенціал цієї роботи дійсно вражає, – зазначив Лондонський професор Карл Фрістон, автор принципу вільної енергії. – Фактично у нас з’явилася біоміметична “пісочниця”, де ми можемо тестувати вплив препаратів і генетичних варіантів, система, побудована рівно з тих же обчислювальних нейрональних елементів, які працюють в мозку і у вас, і у мене”.


Підписуйтеся на нас в Гугл Новини, а також читайте в Телеграм і Фейсбук


comments powered by HyperComments
Back to top button
comments powered by HyperComments