Dirbtiniai neuronai pradėjo „kalbėtis“ su gyvu smegenų audiniu. „Northwestern University“ mokslininkų komanda sukūrė spausdintus, lanksčius įrenginius, galinčius generuoti elektrinius signalus, itin panašius į biologinius. Jie pasirodė tokie įtikinami, kad sugebėjo sužadinti neuronus pelių smegenų audinio pjūviuose. Tyrimas balandžio 15 dieną paskelbtas žurnale Nature Nanotechnology.
Svarbiausia – ko čia nebuvo padaryta. Mokslininkai neprijungė „dirbtinės sąmonės“ prie smegenų, nesukūrė skaitmeninio žmogaus atitikmens ir nepradėjo futuristinio dialogo, verto mokslinės fantastikos serialo. Jie pademonstravo kur kas konkretesnį ir praktiškai vertingesnį dalyką: spausdinti dirbtiniai neuronai gali generuoti impulsus, pakankamai realistiškus, kad gyvos nervinės ląstelės juos priimtų kaip prasmingą signalą.
Tai reikšmingas žingsnis neuroprotezų ir smegenų–mašinos sąsajų (interfeisų) srityje. Ilgą laiką problema buvo ne vien tai, kad elektronika apskritai „veiktų“, bet kad ji nebendrautų su nervų sistema pernelyg grubia, standžia ir daug energijos reikalaujančia „kalba“. Smegenys neveikia kaip vienodų tranzistorių eilė – jos yra minkštas, nuolat kintantis labai skirtingų ląstelių tinklas. Jei elektronika turi su tuo tinklu susikalbėti, ji privalo būti ne tik skaičiuotuvas, bet ir patikimas „vertėjas“.
Ne dar vienas lustas, o bandymas kalbėti „biologiškiau“
Klasikinė neuromorfinė elektronika jau seniai bando imituoti neuronus, tačiau dažnai tai daro gana sąlygiškai. Tokios sistemos gali atkurti tam tikrus aktyvumo modelius, bet dažniausiai būna standžios, energijai imlios ir sudarytos iš vienodų elementų – labiau primena vienodus modulius, o ne nervinį audinį. Smegenyse yra priešingai: įvairovė nėra sistemos klaida, tai viena pagrindinių jos savybių.
Marko Hersamo vadovaujama komanda pasirinko spausdinamas ir lanksčias medžiagas. Naujųjų įrenginių pagrindą sudaro elektroniniai „rašalai“, paremti molibdeno disulfido (puslaidininkio) dribsniais ir grafenu (laidininku). Paprasčiau tariant, vietoje kieto, vienalytės struktūros silicio sprendimo mokslininkai sukūrė kažką, kas geriau atspindi biologinės aplinkos minkštumą ir kintamumą.
Šis metodas turi ir kitą pranašumą: adityvinė (sluoksniuojamoji) spauda dažnai yra pigesnė ir mažiau švaistanti medžiagas nei tradicinė pažangių mikroschemų gamyba. Medžiaga uždedama ten, kur jos reikia, o ne pirma paskleidžiama plačiai ir vėliau sudėtingai išėsdinama. Pasaulyje, kuriame vienu metu stengiamasi spartinti dirbtinio intelekto plėtrą ir mažinti energijos sąnaudas, tokie sprendimai praktiškai gali būti svarbesni už garsiai skambančias „revoliucijas“.
Ką iš tiesų reiškia, kad dirbtiniai neuronai „kalbėjosi“ su smegenimis?
Svarbiausia tyrimo dalis buvo ne pats įrenginio atspausdinimas, o biologinis bandymas. Dirbtiniai neuronai buvo prijungti prie pelių smegenėlių audinio pjūvių ir patikrinta, ar jų generuojami impulsai sukels atsaką gyvuose nerviniuose tinkluose. Sukėlė: gyvi neuronai į dirbtinius signalus reagavo taip, kaip reaguoja į impulsus iš kitų ląstelių.
Būtent čia ir yra esmė. Svarbu ne tai, kad elektronika „apsimeta smegenimis“ abstrakčia prasme, o tai, kad ji sugeba sukurti biologiškai įtikinamą signalą. Nervų sistemoje toks įtikinamumas kritiškai svarbus: neuronai nereaguoja į bet kokį impulsą. Reikšmę turi signalo forma, dinamika ir tarsi visas jo elektrinis „akcentas“.
Vis dėlto būtina išlaikyti proporcijas. Tai buvo bandymai su pelių smegenų audinio fragmentais, ne su gyvu žmogumi ir ne klinikinėmis sąlygomis. Tai dar ne implantas, kuris rytoj sugrąžins regėjimą ar judėjimą. Tačiau kaip principo įrodymas tai labai stiprus rezultatas: jis rodo, kad spausdinta, minkšta elektronika gali įsitraukti į tikrą „dialogą“ su nerviniu audiniu, o ne vien siųsti primityvius, mechaninius dirgiklius.
Kam to reikia, jei jau turime dirbtinį intelektą ir įprastus lustus?
Pirmasis atsakymas – medicininis. Tokios technologijos ateityje gali būti naudingos neuroprotezams ir sąsajoms, padedančioms atkurti ar kompensuoti klausą, regėjimą ar judėjimą. Jei dirbtinė sistema turi padėti apeiti pažeistą nervų sistemos vietą, neužtenka, kad ji tiesiog „praleistų srovę“. Ji turi „kalbėti“ su neuronais taip, kad organizmas tą informaciją laikytų prasminga – o tai ilgą laiką elektronikai buvo sudėtinga.
Antrasis atsakymas susijęs su smegenimis įkvėptais skaičiavimais. Hersamo komanda pabrėžia, kad smegenys yra keliais dydžio laipsniais energiškai efektyvesnės už šiuolaikines skaitmenines sistemas. „Northwestern University“ komunikacijoje minima, kad pranašumas gali siekti net penkis dydžio laipsnius, palyginti su tradiciniu skaitmeniniu kompiuteriu. Dėl to ieškoma aparatinės įrangos, kuri nebūtų vien greitesnė šiandieninių lustų versija, o apdorotų informaciją labiau „neuroniškai“.
Apie dirbtinį intelektą dažniausiai kalbama modelių, duomenų ir vis didesnių serverių kontekste. Rečiau primenama, kad šios lenktynės vis labiau atsiremia į energijos ribas. Smegenys sprendžia itin sudėtingas užduotis be milžiniškų aušinimo sistemų ir nepareikalaudamos ištisų elektrinių galios. Jei elektronika nori priartėti prie tokio efektyvumo, ji negali būti vien vis tankiau supakuota vienodų jungiklių masė.
Šaltinis: „EurekAlert“.
Leave a Reply