Ερευνητική ομάδα στις ΗΠΑ κατασκευάζει ένα υβριδικό υπολογιστή κατασκευασμένο από τσιπάκια και ιστούς του ανθρώπινου εγκεφάλου. Ο υπολογιστής που ονομάζεται «Brainoware» αποτελεί προϊόν ενός αναπτυσσόμενου τομέα που ονομάζεται βιουπολογιστικός τομέας. Τα οργανοειδή είναι μία οργανωμένη συστάδα κυττάρων η οποία έχει δημιουργηθεί με ανθρώπινη επέμβαση. Η πρώτη ύλη των οργανοειδών μπορεί να είναι κύτταρα από ιστούς ενήλικου ανθρώπου ή βλαστοκύτταρα από έμβρυα.
Η νέα τεχνολογία διαθέτει ένα οργανοειδές εγκεφάλου κατασκευασμένο από ανθρώπινα βλαστοκύτταρα, τα οποία βρίσκονται στην κορυφή μιας πλακέτας κυκλώματος που τροφοδοτεί το οργανοειδές πληροφορίες και διαβάζει τις αποκρίσεις του. Αυτό το βιολογικό-ηλεκτρονικό υβρίδιο ήταν σε θέση να αναγνωρίσει τα άτομα με φωνή και να κάνει προβλέψεις για ένα σύνθετο μαθηματικό πρόβλημα.
Οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι η ανακάλυψη αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τους υβριδικούς υπολογιστές, οι οποίοι συγχωνεύουν άνθρωπο και μηχανή για να εκτελέσουν πολύπλοκα υπολογιστικά προβλήματα χρησιμοποιώντας ένα κλάσμα της ισχύος που χρειάζονται οι συμβατικοί υπολογιστές. Μπορεί επίσης να υποστηρίξει την τεχνητή νοημοσύνη, δίνοντας τη δυνατότητα στους υπολογιστές να μιμούνται τον ανθρώπινο εγκέφαλο, είπαν οι επιστήμονες πίσω από το Brainoware.
Μαύρο κουτί
Το Brainoware είναι ένα παράδειγμα αυτού που οι επιστήμονες υπολογιστών αποκαλούν reservoir computing (υπολογισμό δεξαμενής σε ελεύθερη μετάφραση) όπου ένας υπολογιστής τροφοδοτεί πληροφορίες σε ένα πολύπλοκο δίκτυο, σε αυτήν την περίπτωση το οργανοειδές του εγκεφάλου, κάνοντας τις απαραίτητες επεξεργασίες εξαγωγής του αποτελέσματος.
Η ιδέα πίσω από το reservoir computing είναι ότι οι υπολογιστές που τροφοδοτούν πληροφορίες στον εγκεφαλικό ιστό και διαβάζουν την έξοδο μπορούν να εκπαιδευτούν ή να προσαρμοστούν, εκμεταλλευόμενοι την πολυπλοκότητα του οργανοειδούς χωρίς να απαιτείται πλήρης χάρτης ή κατανόηση των δικτύων κυττάρων του.
Με άλλα λόγια, το οργανοειδές είναι ένα είδος «μαύρου κουτιού» και οι επιστήμονες δεν χρειάζεται να γνωρίζουν ακριβώς πώς λειτουργεί για να το χρησιμοποιήσουν. Το οργανοειδές δεν είναι μέρος του εγκεφάλου ενός ζωντανού ατόμου, αλλά αναπτύσσεται από τα λεγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, κύτταρα που μπορούν να τροποποιηθούν για να σχηματίσουν οποιονδήποτε τύπο ιστού σώματος.
Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα Μπλούμινγκτον, το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα και το Ιατρικό Κέντρο Παίδων του Νοσοκομείου του Σινσινάτι χρησιμοποίησαν πολυδύναμα βλαστοκύτταρα για να αναπτύξουν ανθρώπινα οργανοειδή φλοιού. Μετά από περίπου ένα μήνα ανάπτυξης, τα οργανοειδή περιείχαν διάφορους τύπους ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των νευρώνων, των νευρικών προγονικών κυττάρων που αναπτύσσονται σε διάφορα εγκεφαλικά κύτταρα και των κυττάρων του νευρικού συστήματος που ονομάζονται αστροκύτταρα.
Αυτά τα οργανοειδή μιμούνται πολύ βασικές πτυχές του ανθρώπινου εγκεφαλικού φλοιού, της επιφάνειας του εγκεφάλου που εκτελεί βασικές λειτουργίες όπως η μάθηση, η λογική και η επίλυση προβλημάτων. Σε ένα πείραμα αναγνώρισης ομιλίας, ζητήθηκε από το Brainoware να αναγνωρίσει διαφορετικές φωνές ανδρών γιαπωνέζων από μια συλλογή 240 ηχητικών κλιπ.
Στις πρώτες δοκιμές, πέτυχε μόνο περίπου 51 τοις εκατό ακρίβεια. Αλλά μετά από μερικές ημέρες προπόνησης, η απόδοσή του βελτιώθηκε σε 78 τοις εκατό ακρίβεια. «Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η ηλεκτρική διέγερση κατά τη διάρκεια της προπόνησης μπορεί να ενεργοποιήσει την άνευ επίβλεψης εκμάθηση του Brainoware για τη βελτίωση της υπολογιστικής απόδοσης αναδιαμορφώνοντας τη λειτουργική συνδεσιμότητα του οργανοειδούς» αναφέρουν οι ερευνητές σε δημοσίευση τους στην επιθεώρηση «Nature Electronics».
Οι συνδέσεις
Τα οργανοειδή δεν μπορούν να «σκεφτούν» και δεν διαθέτουν συνείδηση με τον τρόπο που τη γνωρίζουμε, αλλά έχουν τη φυσική ικανότητα να δημιουργούν νέες συνδέσεις. Ένα σημαντικό μέρος αυτού που κάνει τον νέο υπολογιστή ισχυρό είναι η ικανότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου να αναδιοργανώνεται. Υπό κανονικές συνθήκες, ο ανθρώπινος εγκέφαλος θα σχηματίσει νέες συνδέσεις ως απάντηση σε νέες εμπειρίες – σχηματίζοντας μνήμες και δεξιότητες μάθησης, οι οποίες αποθηκεύονται στις συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων.
Και αυτό φαίνεται να συμβαίνει με την Brainoware. Σε ένα άλλο τεστ για τις ικανότητές του στην επίλυση προβλημάτων, οι επιστήμονες ανέθεσαν στην Brainoware να προβλέψει έναν χάρτη Hénon, έναν χαοτικό τύπο μη γραμμικής μαθηματικής εξίσωσης. Όπως και στην άσκηση αναγνώρισης ομιλίας, το σύστημα βελτίωσε την ακρίβειά του μετά από πολλά συστήματα προπόνησης. Μετά από τρεις μήνες ανάπτυξης, τα εγκεφαλικά οργανοειδή περιείχαν νευρικά προγονικά κύτταρα που μπορούν να αναπτυχθούν σε νευρώνες, καθώς και σε ώριμους νευρώνες.
