Austrálčania budú predávať „počítač“ zo živých ľudských neurónov
Firma Cortical Labs z Melbourne predstavila zariadenie, ktoré kombinuje kremíkovú elektroniku so živými ľudskými neurónmi vypestovanými z kmeňových buniek.
Prístroj nazvaný CL1 je plne autonómny. Okrem nervových buniek a čipov s elektródami, pomocou ktorých komunikujú s vonkajším svetom, obsahuje aj infraštruktúru na „kŕmenie“ a udržiavanie prostredia pre biologický materiál.
Zariadenie sa bude predávať za 35-tisíc amerických dolárov, dodávať by sa malo začiatkom júna 2025. Pre tých, ktorí si nechcú kúpiť vlastný „mozog v krabičke“, bude Cortical Labs poskytovať prístup aj cez cloud.
Prístroj je určený primárne pre výskumníkov v oblasti neurónových sietí, čo je základná technológia, na ktorej bežia súčasné modely umelej inteligencie. Majitelia CL1 sa budú môcť k neurónom pripájať bežnými spôsobmi ako USB či počítačová sieť Ethernet. K dispozícii je aj programové rozhranie s bohatou dokumentáciou a príkladmi reálneho použitia.
Ako pri každom živom organizme aj tu ostáva jedným z problémov trvanlivosť nervových štruktúr. Neuróny dokážu prežiť v umelom prostredí rádovo mesiace. Firma sa nevyjadrila k tomu, či bude mŕtve nervové bunky zákazníkom vymieňať.
Náhrada energeticky náročných systémov AI
Hardvér a softvér tak dopĺňa nový druh techniky nazvaný „wetware“ (doslova: vlhký tovar). Jedným z cieľov integrácie živých buniek do sveta kremíku je využiť vysokú energetickú efektivitu živých organizmov.
Súčasné systémy určené na beh úloh umelej inteligencie totiž spotrebúvajú nesmierne množstvo energie. Využitie živých buniek by tieto nároky mohlo znížiť.
Kritickým sa stáva prenos naučených znalostí z jedného systému na iný. V polovodičových počítačoch stačí skopírovať sadu takzvaných parametrov modelu (vo forme čísiel) na iný hardvér a ten bude okamžite schopný spracovávať úlohy, na aké bol originálny model naučený.
Pri živých organizmoch však nedokážeme skopírovať naučený stav a každý „mozog“ potrebuje samostatný tréning.
Začalo to Pongom
Spoločnosť Cortical Labs je vo svete vedy známa tým, že v roku 2022 naučila sieť so živých neurónov hrať hru Pong pripomínajúcu tenis. V zariadení nazvanom „DishBrain“ („mozog v miske“) 800-tisíc ľudských a myších neurónov stimulovaných spätnou väzbou „stláčalo páčky“, ako keby hralo skutočnú hru.
Išlo, samozrejme, len o elektrické signály čítané elektródami z neurónov a následne vracané do nervových buniek, ktoré sú tak informované o polohe „loptičky“.
Výskumníci zistili, že ľudské neuróny sú oproti myším o niečo lepšie v učení sa. To je pravdepodobne aj dôvod, prečo sa CL1 spolieha iba na bunky pochádzajúce z človeka.
Táto štúdia priniesla Cortical Labs aj grant vo výške 407-tisíc dolárov od austrálskej armády.
Kmeňové bunky z bielych krviniek
Aj keď sa v niektorých vedeckých pokusoch s kmeňovými bunkami používali aj potratené embryá, Cortical Labs využíva iba materiál vypestovaný z krvných vzoriek dobrovoľníkov.
Firma používa postup vyvinutý Šin’ja Jamanakom, laureátom Nobelovej ceny za fyziológiu a lekárstvo za rok 2012. Pri ňom sa bežná telesná bunka, jedným z kandidátov sú biele krvinky používané aj Cortical Labs, zmení na takzvanú „pluripotentnú“.
Ide o bunky, ktoré sú následne schopné zmeniť sa na ľubovoľný druh bunky. Takúto schopnosť majú ľudské bunky iba počas zárodočného vývoja, neskôr ju stratia.
Proces vyžaduje, aby sa do genómu bielych krviniek dostali takzvané „faktory“, ktoré umožnia premenu bunky na jej „univerzálnu“ verziu. Prenos zabezpečuje vírus Sendai. Jeho výhodou je vysoká bezpečnosť. Spôsobuje ochorenia hlodavcov a hoci sa s ním experimentuje už desiatky rokov, zatiaľ nedošlo k nákaze človeka.
Ďalším krokom sú neuróny
Umelo vyrobené kmeňové bunky sa môžu v zmrazenom stave skladovať aj desiatky rokov.
Cortical Labs ich potom využíva na vytváranie viacerých typov neurónov. Tak ako v skutočnom mozgu, aj v ich umelých neurónových štruktúrach je potrebné na rozličné funkcie využívať rôzne typy nervových buniek. Celý proces je vo vývoji, výskumníci testujú, na aké úlohy sa najlepšie hodia konkrétne druhy neurónov.
Po plynulom rozmrazení sa jednotlivé bunky oddelia, na to sa používa špeciálna zmes enzýmov „accutase“. Bunky sa spočítajú, slúžia na to automatické prístroje, pracuje sa so státisícovými „výrobnými dávkami“.
Postupom s názvom Dual SMAD sa začne proces premeny „univerzálnych“ kmeňových buniek na tie, ktoré sú špecializované na konkrétnu činnosť, v tomto prípade neuróny. Celý postup zmeny trvá približne tri mesiace.
Rýchlejšia metóda s názvom NGN2 dokáže celý proces dokončiť iba za dva týždne. V obidvoch prípadoch sa k bunkám sa pridávajú aj takzvané „rastové faktory“, ktoré podporujú rast buniek.
Neuróny sa následne implantujú na špeciálny čip, ktorý obsahuje elektródy, cez ktoré budú komunikovať. Na to, aby sa nervové bunky k elektródam „pripojili“, slúži špeciálna bielkovina „laminin“.
Čip s neurónmi sa ponorí do pravidelne vymieňané výživného roztoku, kde bunky „dozrievajú“ ešte ďalšie dva mesiace. Počas tohto procesu sa nervové bunky pravidelne testujú a na základe výsledkov takýchto skúšok sa vyhodnotí vhodný čas na ich nasadenie „do prevádzky“.