Australijos biotechnologijų startuolis „Cortical Labs“ pranešė apie neįprastą technologinį pasiekimą – mokslininkams pavyko užprogramuoti gyvas žmogaus neuronų ląsteles taip, kad jos galėtų žaisti legendinį 1993 metų kompiuterinį žaidimą „Doom“.
Tyrėjų komanda sukūrė specialų mikroelektrodų masyvą, ant kurio buvo užauginta maždaug 200 000 smegenų ląstelių. Jos sudarė biologinę skaičiavimo sistemą, galinčią sąveikauti su skaitmenine aplinka.
Svarbų vaidmenį šiame eksperimente atliko „CL-1“ lustas. Jis skaitmeninius žaidimo duomenis paverčia elektriniais biologiniais signalais, kuriuos gyvos neuronų ląstelės gali interpretuoti.
Nors tokia sistema kol kas negalėtų varžytis su profesionaliais žaidėjais ar pažangiomis dirbtinio intelekto programomis, pats eksperimentas laikomas reikšmingu žingsniu vadinamosios programuojamos biologijos srityje.
„Cortical Labs“ vyriausiasis mokslinis pareigūnas Brettas Kaganas pabrėžė, kad bandymas parodė adaptyvų mokymąsi realiuoju laiku. Pasak jo, sistema geba mokytis siekdama konkretaus tikslo ir prisitaikyti prie gaunamų signalų.
Tai nėra pirmas tokio pobūdžio bandymas. Dar 2021 metais „Cortical Labs“ sukūrė biologinį lustą, išmokytą žaisti paprastą kompiuterinį žaidimą „Pong“.
Tuomet laboratorijoje ant mikroelektrodų masyvų buvo užauginta daugiau nei 800 000 gyvų smegenų ląstelių. Taip sukurta hibridinė sistema galėjo keistis elektriniais signalais su skaitmenine aplinka.
Nuosekliai treniruojant šią sistemą, neuronai išmoko priimti jutiminį grįžtamąjį ryšį ir siųsti motorinius signalus. Tai leido jiems valdyti žaidimo „Pong“ raketes.
Eksperimentas parodė, kad laboratorijoje užaugintos ląstelės gali būti integruotos į veikiančias skaičiavimo sistemas. Taip išryškėjo nauja kryptis, dažnai vadinama „šlapiąja kompiuterija“.
Vis dėlto perėjimas nuo paprasto dvimatės grafikos žaidimo prie gerokai sudėtingesnio „Doom“ tapo kur kas didesniu iššūkiu. Tyrėjams reikėjo sugalvoti, kaip trimatę vaizdinę informaciją paversti elektriniais signalais, kuriuos galėtų „suprasti“ neuronai.
Didžiausia problema buvo ta, kad šios ląstelės neturi regos organų. Todėl teko sukurti būdą, kaip „akliems“ neuronams perduoti informaciją apie aplinką.
Įdomu tai, kad nepriklausomas kūrėjas Seanas Cole’as šią užduotį įveikė netikėtai greitai. Nors jis neturėjo didelės patirties biologinės kompiuterijos srityje, jam pakako maždaug savaitės.
Jis sukūrė specialią sąsają, parašytą „Python“ programavimo kalba. Ji leido neuronų tinklui orientuotis žaidimo trimatėje aplinkoje.
Neuronų aktyvumas buvo paverčiamas skaitmeninėmis komandomis. Taip ląstelės galėjo judėti žaidimo pasaulyje, taikytis į priešus ir realiuoju laiku šaudyti.
Nors neuronų valdomas žaidimas vis dar gerokai atsilieka nuo žmogaus ar modernių dirbtinio intelekto sistemų, mokslininkai pastebėjo vieną įdomų pranašumą: ląstelės žaidimo principus perprato greičiau nei kai kurie tradiciniai dirbtinio intelekto algoritmai.
Tyrėjai tikisi, kad tobulinant mokymosi metodus biologiniai procesoriai galėtų dar labiau sumažinti skirtumą tarp gyvų neuroninių sistemų ir tradicinių kompiuterių.
Mokslininkų vertinimu, žmogaus smegenyse yra dešimtys milijardų neuronų. Todėl 200 000 ląstelių, naudotų šiame eksperimente, sudaro tik labai nedidelę sistemą.
Nepaisant to, rezultatai laikomi svarbiu įrodymu, kad gyvos neuroninės sistemos gali sąveikauti su sudėtingomis skaitmeninėmis aplinkomis.
Tyrėjai taip pat pripažįsta, kad vis dar ne iki galo supranta, kokiu mechanizmu šios ląstelės interpretuoja gaunamus signalus. Tai išlieka viena įdomiausių ir kol kas neatskleistų šios technologijos mįslių.
Vis dėlto perėjimas nuo „Pong“ prie „Doom“ rodo spartų technologijos progresą ir leidžia svarstyti apie praktiškesnius tokių sistemų pritaikymo būdus.
Pavyzdžiui, biologiniai kompiuteriai ateityje galėtų būti naudojami robotizuotoms galūnėms valdyti arba padėti spręsti sudėtingas skaičiavimo užduotis.
Tokios sistemos pasižymi gebėjimu geriau tvarkytis su neapibrėžtumu ir greitai reaguoti į realaus laiko duomenis. Tai gali būti pranašumas ten, kur tradiciniams lustams prireikia daug energijos.
Įdomu ir tai, kad „Doom“ jau seniai tapo savotišku technologijų bandymų poligonu. Daugelis inžinierių ir programuotojų mėgina šį žaidimą paleisti vis naujose, kartais net netikėtose platformose.
Per daugelį metų „Doom“ buvo paleistas įvairiuose įrenginiuose – nuo robotų vejapjovių iki dokumentų ar blokų grandinės sprendimų. Buvo net bandymų jį perkelti į biologines sistemas, pavyzdžiui, bakterijas ar nėštumo testus.
Šis eksperimentas dar kartą parodo, kad „Doom“ tapo universalaus technologinių platformų pritaikomumo simboliu: jei nauja sistema pajėgia susidoroti su šiuo žaidimu, ji dažnai laikoma pakankamai lanksti ir galinga.
