Сучасне життя тісно пов'язане з пристроями, що працюють на чіпах. Ці мікроскопічні деталі з кремнієвих напівпровідників є всюди: в мобільних телефонах, мікрохвильових печах, кредитних картках і навіть проїзних квитках. Однак, виробництво кремнію вимагає значних витрат енергії та води, а постійне прагнення до збільшення швидкості та продуктивності стимулюють пошук альтернатив. Останніми роками з'явилися транзистори та напівпровідники на основі вуглецевих нанотрубок або графену, але найбільш революційним став анонс у березні: людські нейрони.

Вирощені в лабораторії клітини мозку лежать в основі CL1, представленого як перший комерційний біологічний комп'ютер, здатний розшифрувати процеси обробки інформації в мозку. CL1 розроблений для розробки ліків шляхом вивчення реакції нейронів на певні сполуки. Він також допоможе вченим і медичним лабораторіям зрозуміти, як нейрони обробляють інформацію, як відбувається навчання в реальному часі, і механізми, що запускають деякі нейродегенеративні та когнітивні захворювання.

«Ми вважаємо, що якщо зараз активно розвивається штучний інтелект, то має бути інтерес до розуміння того, як виникає інтелект, який має біологічне походження. Єдиний відомий нам узагальнений інтелект – це інтелект людей і тварин», – каже у відеозверненні Хон Венг Чонг, засновник і директор австралійської компанії Cortical Labs, яка створила цей пристрій.

Половина органічна, половина – машина

Дослідницькі центри вже розробляють нейрони поза живим організмом, зазвичай з використанням стовбурових клітин або клітин тварин. Їх використовують у біомедичних або нейронаукових дослідженнях. Cortical Labs пішла далі, розмістивши ці клітини в системі, де вони отримують інформацію від програми (апаратного забезпечення), обробляють її та видають результат, який взаємодіє із зовнішнім середовищем.

«Коли нейрони вирощують, вони зазвичай не отримують даних, а просто розташовані в чашці Петрі, випромінюючи та збираючи власну електричну активність. Це не схоже на те, що насправді відбувається всередині живої істоти, тому ми створили систему, яка дозволяє будувати симуляції, які нейрони можуть обробляти», – пояснює Чонг.

Для підтримки життя цього гібридного організму CL1 має внутрішню структуру, яка регулює потік газів, насоси та температуру. Пристрій має футуристичний дизайн, прямокутну форму та важить майже шість кілограмів. Його довжина становить трохи більше 50 сантиметрів, а ширина – 15. Верхня частина прозора, що дозволяє бачити кабелі та крихітні трубки, які забезпечують роботу комп'ютера. На передній панелі розташований сенсорний екран, який відображає інформацію про стан системи, наприклад, температуру.

Клітини живляться розчином, багатим на поживні речовини, який надходить до них через фільтраційні блоки. Зокрема, два фільтраційні картриджі з мембраною, яка дозволяє відокремлювати чисту рідину від відходів. Оскільки деякі білки затримуються на мембрані, необхідно проводити технічне обслуговування кожні шість місяців, щоб запобігти загибелі нейронів. «Ми намагаємося імітувати те, що робить тіло: добре їх годувати, виводити відходи та підтримувати потрібну температуру. Вона не повинна бути ні занадто високою, ні занадто низькою; близько 37 градусів Цельсія, що є температурою тіла. Також необхідно підтримувати правильний рівень pH, щоб він не був ні занадто кислим, ні занадто лужним», – зазначає Чонг.

З точки зору операційної частини, CL1 працює з системою біологічного інтелекту biOS, яка дозволяє користувачам запускати код через нейрони та виконувати обчислювальні завдання. З'єднання між органічною та технологічною частинами здійснюється за допомогою мікропроцесора, який діє як інтерфейс, отримуючи та надсилаючи електричні імпульси до нервових клітин.

Ціна 35 000 євро

Ціна CL1 становить 35 000 €, але він не призначений для звичайного користувача. Незважаючи на те, що він має відкриту систему з портами USB, які дозволяють підключати його до інших пристроїв, його використання призначене для дослідників і вчених. «Пристрій потребує лабораторії, яка забезпечить клітини всім необхідним для здорового росту. Ми хочемо переконатися, що люди, які його придбають, мають можливість самостійно вирощувати клітини та знають, як ним користуватися. Наразі ми приймаємо замовлення та оцінюємо клієнтів», – уточнює нейробіолог.

Хоча увага ЗМІ під час запуску CL1 була зосереджена на його медичному та фармацевтичному потенціалі, Чонг запевняє, що його справжня мета – відкрити шлях до нового способу обчислень, швидшого, з меншою кількістю даних і, перш за все, з меншим споживанням енергії.

Підраховано, що графічний процесор (GPU), який використовується в звичайних центрах обробки даних, що підтримують робочі навантаження штучного інтелекту останнього покоління, може споживати понад 3,7 мільйона ват на рік. На відміну від цього, CL1 використовує від 850 до 1000 ват. В даний час мобільні телефони, комп'ютери, центри обробки даних та інша цифрова діяльність становлять 7% від загального споживання електроенергії.

«Нейрон є самопрограмованим, нескінченно гнучким і є результатом 4 мільярдів років еволюції», – стверджує Чонг. Він також підкреслює, що це дозволить проводити дослідження без використання тестів на тваринах. Однак Cortical Labs використовувала нейрони мишей у попередньому проекті, в якому прототип, що складався з 800 000 людських і тваринних нейронів, було навчено грати у відеогру Pong. Цей експеримент ознаменував новий етап у дослідженнях компанії, яка протягом чотирьох років намагається зрозуміти, як нейрони вчаться, яку інформацію вони повинні отримувати і як ця інформація повинна бути закодована.

Біологія як нова обчислювальна техніка

Експеримент з Pong дозволив зробити висновки про різні характеристики цих клітин. Результати були опубліковані в 2023 році в журналі Nature Communications, де досліджувалася концепція нейронної критичності. Ця теорія припускає, що мозок працює в критичній точці, на межі між порядком і хаосом, щоб оптимізувати обробку інформації, пам'ять і адаптивність.

Ідея обіцяє революціонізувати не тільки нейрокомп'ютинг, але й біологічні обчислення в цілому. Останнє розуміється як галузь інформатики, яка вивчає, з одного боку, використання біологічних систем для обробки та зберігання інформації, а з іншого – те, як розробники програмного забезпечення можуть надихатися механізмами біологічної еволюції для створення нових алгоритмів, які дозволять вирішувати складні проблеми.

Дослідники та розробники зможуть маніпулювати нейронами в CL1 віддалено з липня, завдяки Cortical Cloud. Ця хмарна платформа, яка вже налічує понад 1000 учасників, дозволить запускати експерименти та код в системі biOS. «Ми хочемо надати цю інформацію відкрито дослідницькій спільноті, щоб вони також могли інтегрувати її у свої проекти», – підсумовує Чонг.