Η νέα τεχνολογία στηρίζεται σε ένα «οργανοειδές» εγκεφάλου κατασκευασμένο από ανθρώπινα βλαστοκύτταρα, τα οποία βρίσκονται στην κορυφή μιας πλακέτας κυκλώματος που τροφοδοτεί το οργανοειδές με πληροφορίες και διαβάζει τις αποκρίσεις του.
Αυτό το βιολογικό-ηλεκτρονικό υβρίδιο υπολογιστή μπορεί να αναγνωρίσει τους ανθρώπους από τη 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 σύνθετα υπολογιστικά προβλήματα χρησιμοποιώντας μόνο ένα κλάσμα της ισχύος που χρειάζονται οι συμβατικοί υπολογιστές.
Μπορεί επίσης να υποστηρίξει την τεχνητή νοημοσύνη καθιστώντας τους υπολογιστές ικανούς να μιμούνται τον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ένας φυσικός υπολογιστής που εξελίχθηκε εδώ και εκατομμύρια χρόνια. Και παρότι οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές εξελίσσονται και γίνονται πιο ισχυροί, ο εγκέφαλος εξακολουθεί να ξεπερνά την απόδοσή τους όσον αφορά τις απαιτήσεις ισχύος, έγραψε η ομάδα πίσω από το Brainoware: «Ο ανθρώπινος εγκέφαλος συνήθως καταναλώνει περίπου 20 watt, ενώ το τρέχον υλικό AI καταναλώνει περίπου 8 εκατομμύρια Watt .
Το Brainoware είναι ένα παράδειγμα αυτού που οι επιστήμονες υπολογιστών αποκαλούν reservoir computing (υπολογισμό δεξαμενής), όπου ένας υπολογιστής τροφοδοτεί με πληροφορίες ένα πολύπλοκο δίκτυο - σε αυτήν την περίπτωση, το οργανοειδές του εγκεφάλου - και ερμηνεύει την έξοδο.
Η ιδέα πίσω από το reservoir computing είναι ότι οι υπολογιστές που τροφοδοτούν με 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, που μπορούν να σχηματίσουν οποιονδήποτε τύπο ιστού.
Η ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα Μπλούμινγκτον, το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα και το Ιατρικό Κέντρο Παίδων του Cincinnati χρησιμοποίησαν πολυδύναμα βλαστοκύτταρα για την ανάπτυξη ανθρώπινων οργανοειδών εγκεφαλικού φλοιού.
Μετά από περίπου ένα μήνα ανάπτυξης, τα οργανοειδή περιείχαν διάφορους τύπους ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων νευρώνων, νευρικών προγονικών κυττάρων που αναπτύσσονται σε διάφορα εγκεφαλικά κύτταρα και κύτταρα του ανοσοποιητικού που ονομάζονται αστροκύτταρα.
Αυτά τα οργανοειδή μιμούνται πολύ βασικές λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφαλικού φλοιού, της επιφάνειας του εγκεφάλου που εκτελεί βασικές λειτουργίες όπως η μάθηση, η σκέψη και η επίλυση προβλημάτων.
Σε ένα πείραμα αναγνώρισης ομιλίας ζητήθηκε από το Brainoware να αναγνωρίσει διαφορετικές φωνές Ιαπώνων ανδρών από μια συλλογή 240 ηχητικών κλιπ. Στις πρώτες δοκιμές πέτυχε περίπου 51% ακρίβεια, αλλά μετά από μερικές ημέρες προπόνησης η απόδοσή του βελτιώθηκε στο 78%.
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 και με τον Brainoware.
Σε ένα άλλο τεστ για τις ικανότητές του στην επίλυση προβλημάτων, οι επιστήμονες ανέθεσαν στον Brainoware να προβλέψει έναν χάρτη Hénon, έναν χαοτικό τύπο μη γραμμικής μαθηματικής εξίσωσης.
Ακριβώς όπως στην άσκηση αναγνώρισης ομιλίας, το σύστημα βελτίωσε την ακρίβειά του μετά από πολλή εκπαίδευση. Όταν οι επιστήμονες απέκλεισαν τη νευρική πλαστικότητα - την ικανότητα των οργανοειδών να σχηματίζουν νέες συνδέσεις - δεν παρατηρήθηκε καμία τέτοια βελτίωση.
«Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μαθησιακή δραστηριότητα του Brainoware εξαρτιόταν από τη νευρική πλαστικότητα», έγραψαν οι ερευνητές.
Η εργασία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Electronics.
