In einem Labor außerhalb von Cambridge befindet sich ein bemerkenswerter „biologischer Computer“. Die im Labor gezüchteten 200.000 menschlichen Gehirnzellen liegen auf Siliziumschaltungen, die ihre synchronisierte elektrische Aktivität auf einem Bildschirm nach außen vermitteln.
Das CL1-Gerät über die Größe von zwei Schuhkartons wurde von australischen Start-up-kortikalen Labors mit dem britischen Bit entwickelt.
«Wie unser Gehirn werden biologische Computer viele Größenordnungen weniger Energie als herkömmliche Elektronik verbrauchen, wenn sie Informationen verarbeiten. Zukünftige Anwendungen könnten Robotik, Sicherheit und Metaverse umfassen», sagte der Geschäftsführer des Cortical Labs, Hon Weng Chong, der Financial Times.
Die schnell wachsende Suche nach Alternativen zu energieintensiven konventionellen Elektronik hat das neue Feld des biologischen Computing stimuliert, das darauf abzielt, direkt in die Intelligenz von Gehirnzellen zu tippen, anstatt sie in Silizium durch „neuromorphe“ Verarbeitung und KI zu simulieren.
Cortical Labs steht in dieser Bewegung an der Spitze dieser Bewegung, obwohl akademische Gruppen und andere Start-ups wie die Schweizer Gruppenfinale und die biologische Black Box in den USA Fortschritte machen.
Frühe Anwendungen von CL1 sind in Neurowissenschaften und pharmazeutischer Forschung und ermitteln, wie unterschiedliche Chemikalien und Arzneimittelkandidaten die Informationsverarbeitung der Gehirnzellen beeinflussen.
„Die nächsten Innovationsstadien werden neue und fortschrittlichere Berechnungsformen über konventionelle KI -Systeme über dieselben Prozessoren – Neuronen – über die Intelligenz in lebenden Organismen hinausgehen, ermöglichen.
Für Mark Kotter, Professor für klinische Neurowissenschaften an der Universität Cambridge und Bit.Bio, ist die Bedeutung von CL1 „ist, dass es die erste Maschine ist, die die Rechenleistung von Gehirnzellen zuverlässig bewerten kann. Das ist eine echte Paradigmenverschiebung.“
Experten stellten fest, dass CL1 eine „bemerkenswerte Leistung“ war, die dazu beigetragen hat, das junge biologische Computerfeld zu fördern.
Karl Friston, ein Neurowissenschaftsprofessor am University College London, der auch akademisch mit einer Reihe von Wissenschaftlern der kortikalen Labors zusammengearbeitet hat, sagte, es könnte als der erste kommerziell erhältliche biomimetische Computer angesehen werden.
«Das eigentliche Geschenk dieser Technologie ist jedoch nicht die Informatik – im Moment. Vielmehr ist es eine Aktivierungstechnologie, die es Wissenschaftlern ermöglicht, Experimente an einem kleinen Gehirn durchzuführen.»
Professor Thomas Hartung von der Johns Hopkins University in Baltimore, der mithilfe von zerebralen Organoiden oder Mini-Brains aus Stammzellen „Organoid-Intelligenz“ untersucht, sagte, der herausragende Beitrag von kortikalen Labors bestand darin, virtuelle Spiele als Benchmark für biologisches Computer zu entwickeln.
Der Vorgänger von CL1 namens Dishbrain lernte das einfache Videospiel -Pong, in dem er ein virtuelles Paddel nach oben und unten bewegte, um einen Ball abzulenken.
Das Training beinhaltete die Angabe der Neuronen einen „Belohnungsstimulus“, wenn sie das Paddel korrekt bewegten, indem die elektrische Aktivität in Form einer Sinuswelle angewendet wird, die die Zellen mögen. Die „Bestrafung“, als sie es falsch verstanden haben, war unangenehmes weißes Geräusch.
Experimente mit Dishbrain und CL1 zeigen, wie sich unterschiedliche Erkrankungen auf die Informationsverarbeitung der Neuronen auswirken, gemessen an der Art und Weise, wie sie eine Pong spielen. «Wir haben sie mit Chemikalien behandelt, die einen Einfluss auf unser Gehirn haben», sagte Bit.bios Kotter. «Diese Maschine zeigt zum Beispiel, dass Alkohol Ihre Berechnung abbaut.»
Ein weiteres Experiment verglich die Wirkung von drei Epilepsie -Behandlungen und stellte fest, dass einer von ihnen, Carbamazepin, bei der Verbesserung der Gameplay -Metriken überlegen war.
«Wir denken viel darüber nach, wie wir unsere biologischen Computer programmieren können», sagte Chong. «Eine große Frage ist, wie wir digitale Informationen für diese Neuronen darstellen.» Die Wissenschaftler lehren den Neuronen die Formen der Ziffern, fügte er hinzu, „und sie beginnen nun zu erkennen, dass sich eine neun von vier oder fünf unterscheidet.“
Kortikale Labors und Bit.Bio legen reine Schichten von zwei spezifischen Arten von Neuronen auf die Siliziumschaltung des CL1 -Biokomputers ab – eine, um die elektrische Aktivität zu erregen, und das andere, um sie nach unten zu feuchten. «Das Gleichgewicht zwischen Beschleunigung und Bremsen ist wirklich wichtig», sagte Chong. Die Neuronen werden aus Stammzellen gezüchtet, die ursprünglich aus der menschlichen Haut abgeleitet wurden.
Andere wie das Finalpark der Schweiz untersuchen biologisches Computing mit zerebralen Organoiden. Aber Bit.Bio und kortikale Labors glauben, dass ihre Ebenen standardisierter Neuronen reproduzierbarere Ergebnisse liefern als Organoide.
«Unsere Neuronen sehen sehr homogen aus», sagte Tony Oosterveen, der Bit leitet. Bios Gehirnzellen arbeiten. «Wenn Sie sich andere Technologien ansehen, werden Sie große Variationen sehen. Unsere Stärke ist es, reine Populationen herzustellen.»
Unabhängig von dem langfristigen Versprechen der Biokomputation geben seine Befürworter diese Annahme für allgemeinere Anwendungen und KI-Jahrzehnte in der Zukunft ein. Ein Problem besteht darin, ein effizientes Programmiersystem auszuarbeiten.
Eine andere ist, dass die Neuronen nur für einige Monate in einem CL1 leben können, der durch einen konstanten flüssigen Fluss zur Versorgung von Nährstoffen und Entfernen von Abfallprodukten erlebt wird.
«Ein Nachteil eines solchen Systems ist, dass wir noch nicht ausgearbeitet haben, wie man Speicherübertragung durchführt», sagte Chong. «Sobald das System stirbt, müssen Sie wieder von vorne anfangen.»
Chong ist sich der ethischen Bedenken bewusst, die in Zukunft auftreten könnten, wenn biologische Computer und Neuronenkulturen die Grundlagen des Bewusstseins entwickeln.
Derzeit sagte er: «Diese Systeme sind empfindungsfähig, weil sie auf Reize reagieren und von ihnen lernen, aber nicht bewusst sind. Wir werden mehr darüber erfahren, wie das menschliche Gehirn funktioniert, aber wir beabsichtigen nicht, ein Gehirn in einer Mehrwertsteuer zu schaffen.»
