شگفت انگیز:
برای اولین بار، دانشمندان هوش مصنوعی را با یک مینی‌مغز(ارگانوئید مغز) ترکیب کردند تا کامپیوتر هیبریدی بسازند


محققان با استفاده از بافت عصبی برای تکمیل وظایف محاسباتی، یک "ارگانوئید مغز" را به یک سیستم هوش مصنوعی متصل کردند. این آزمایش می تواند گامی به سوی "بیو رایانه ها" باشد.

برای تقویت قدرت محاسباتی هوش مصنوعی (AI)، محققان یادگیری ماشینی را با یک مدل سه بعدی پیچیده از مغز انسان که از انواع مختلف "بافتِ مغزِ رشد کرده در آزمایشگاه" ساخته شده است، ترکیب کرده اند.

این مدل‌های مینیاتوری مغز، که به ارگانوئیدهای مغزی یا «مینی‌مغز» معروف هستند، از سال ۲۰۱۳ به اشکال مختلف وجود داشته‌اند. اما هرگز به عنوان راهی برای تقویت هوش مصنوعی مورد استفاده قرار نگرفته‌ بودند.

تحقیق جدید از سخت‌افزار محاسباتی برای وارد کردن داده‌های الکتریکی به ارگانوئید و سپس رمزگشایی فعالیت ارگانوئید برای تولید خروجی استفاده می‌کند؛ بنابراین ارگانوئید فقط به عنوان "لایه میانی" فرآیند محاسبات عمل می‌کند.

در حالی که این روش از تقلید از ساختار واقعی مغز یا نحوه عملکرد آن دور است، ممکن است گامی اولیه به سمت ایجاد بیوکمپیوترها باشد، که ترفندهایی را از موجودات زنده قرض میکند تا آنها را قوی تر و کارآمدتر از رایانه های سنتی کند.  همچنین می‌تواند به بینش بیشتری در مورد نحوه عملکرد مغز انسان و چگونگی تأثیر آن بر شرایط تخریب‌کننده عصبی، مانند آلزایمر و بیماری پارکینسون منجر شود.


برای مطالعه جدید که دوشنبه (۱۱ دسامبر) در مجله Nature Electronics منتشر شد، محققان از تکنیکی به نام "reservoir computing" استفاده کردند. در این زمینه، ارگانوئید به عنوان "مخزن(reservoir )" عمل می کند.
در چنین سیستمی، مخزن اطلاعات را ذخیره می کند و به اطلاعات وارد شده واکنش نشان می دهد. یک الگوریتم یاد می گیرد که تغییرات ایجاد شده در مخزن توسط ورودی های مختلف را تشخیص دهد و سپس این تغییرات را به عنوان خروجی خود ترجمه می کند.

با استفاده از این چارچوب، محققان ارگانوئید مغز را با تامین ورودی های الکتریکی که از طریق الکترودها تحویل داده می شود، به این سیستم متصل کردند. ارگانوئید بسته به زمان و توزیع فضایی الکتریسیته از الکترودها، واکنش متفاوتی نشان می‌دهد. الگوریتم یاد گرفت که پاسخ های الکتریکی ارگانوئید را به آن تحریک تفسیر کند.

اگرچه ارگانوئید مغز بسیار ساده‌تر از مغز واقعی است _ مینی مغز یا ارگانوئید مغزی در اصل یک کره کوچک از سلول‌های مغزی است _ اما توانایی سازگاری و تغییر در پاسخ به تحریک را دارد.

فعلا چه کار میتواند بکند؟

محققان با استفاده از این سخت افزار غیر متعارف، الگوریتم ترکیبی خود را برای انجام دو نوع کار آموزش دادند: یکی مربوط به تشخیص گفتار و دیگری مربوط به ریاضیات.

در اولی، رایانه در تشخیص صداهای مصوت ژاپنی از صدها نمونه صوتی، با دقت حدود ۷۸ درصد را نشان داد. و در حل تکلیف ریاضی نسبتاً دقیق بود اما کمی کمتر از انواع سنتی یادگیری ماشینی.(یعنی در تکلیف ریاضی هنوز ضعیف تر از انواع هوش مصنوعی های سنتی است)

این تحقیق اولین بار است که از یک ارگانوئید مغز با هوش مصنوعی استفاده میکند، اما مطالعات قبلی از انواع ساده تری از بافت عصبی رشد یافته در آزمایشگاه به روشی مشابه استفاده کرده اند.  به عنوان مثال، دانشمندان بافت مغز را با نوعی یادگیری تقویتی در هم آمیخته اند، نوعی یادگیری ماشینی که ممکن است شباهت بیشتری با نحوه یادگیری انسان و سایر حیوانات داشته باشد تا محاسبات مخزنی.

یکی از مزایای ایجاد کامپیوترهای زیستی بهره وری انرژی است، زیرا مغز ما انرژی بسیار کمتری نسبت به سیستم های محاسباتی پیشرفته امروزی مصرف می کند. اما پژوهشگر این تحقیق گفت که ممکن است چندین دهه طول بکشد تا از فناوری هایی مانند این برای ایجاد یک کامپیوتر زیستی عمومی استفاده شود.

در حالی که ارگانوئیدها به  مغز کامل انسان نزدیک نیستند، محققان این پژوهش امیدوار هستند که این فناوری به دانشمندان درک بهتری از نحوه عملکرد مغز، از جمله در بیماری هایی مانند آلزایمر، بدهد. برای مثال، همانندسازی ساختار مغز (با ارگانوئیدها) و عملکرد (با محاسبات) به محققان این امکان را می دهد که بهتر درک کنند که ساختار مغز چگونه با یادگیری و شناخت مرتبط است.

ترجمه سام آریامنش

♨️ @ofoghroydadd

نوشته مرتبط:

اندام‌واره(ارگانوئید) چیست؟ هدف و فواید؟ آیا اندام‌ واره‌های مغزی اخلاقی هستند؟ آیا ممکن است صاحب آگاهی شوند؟

• پرورش مینی مغز در آزمایشگاه که به مغز نوزادان نارس شباهت دارد!

• دانشمندان مغزهای کوچکی را از سلول های بنیادی رشد داده‌اند که این مغزها در ادامه دو چشم را توسعه دادند

#رایانه_زیستی #کامپیوترزیستی