Принстонские исследователи создали 3D-биоэлектронный компьютер на живых нейронах

Исследователи из Принстонского университета создали трёхмерное нейросетевое устройство, объединяющее живые клетки мозга и встроенную электронику. Согласно недавнему пресс-релизу, этот 3D-биоэлектронный компьютер запрограммировали на различение паттернов с помощью вычислительных методов.

По сути, перед нами живые клетки мозга, выполняющие вычислительные задачи вне мозга, используя встроенную электронику. Учёные и раньше применяли клетки мозга для вычислений, но в предыдущих попытках выращивали 2D-культуры в чашках Петри или 3D-кластеры, наблюдая за активностью извне.

Принстонская команда пошла иным путём. Для создания устройства был изготовлен трёхмерный каркас из микроскопических проводов и электродов на тонком слое эпоксидной смолы. Затем на этом каркасе вырастили десятки тысяч нейронов, сформировав обширную 3D-сеть, способную выполнять вычисления.

По словам исследователей, новый подход «позволил записывать и стимулировать электрическую активность нейронов с гораздо более высоким разрешением, чем раньше». В течение шести месяцев они наблюдали за развитием сети, тестировали методы усиления или ослабления связей между ключевыми нейронами и в итоге обучили алгоритм распознавать повторяющиеся импульсные паттерны.

Для проверки системы учёные предъявили два различных паттерна в отдельных экспериментах — и устройство успешно различило их в обоих случаях. Команда намерена постепенно масштабировать устройство для выполнения всё более сложных задач.

По словам первого автора статьи, Кумара Мритунджая, постдокторанта в области электротехники и вычислительной техники, эта технология может «не только помочь раскрыть вычислительные секреты мозга, но и способствовать пониманию и, возможно, лечению неврологических заболеваний».

Изначально исследование было направлено на фундаментальные вопросы нейронауки путём изучения активности живых клеток мозга. Эта цель остаётся. Однако учёные поняли, что их работа может сыграть роль в решении одной из ключевых проблем ИИ — энергопотребления.

«Реальным узким местом для ИИ в ближайшем будущем станет энергия, — сказал Тянь-Мин Фу, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и участник команды. — Наш мозг потребляет лишь крошечную долю — около одной миллионной — энергии, которую тратят современные системы ИИ для выполнения аналогичных задач».

Исследователи надеются, что устройство раскроет некоторые из этих секретов, что позволит воспроизвести открытия и решить проблему энергопотребления ИИ.

Статья опубликована в журнале Nature Electronics.

Источник: Tomshardware.com