Живая машина. Ученые собрали первый процессор из клеток мозга

11 Января 2024

МОСКВА, 11 января —, слава Стрекопытов. В США создали поместный процессор из дорогостоящих компонентов и церебрального органоида, взлелеянного из стволовых клеточек человека. конструкция способна распознавать аллокуция и решать нелинейные уравнения. Биокомпьютеры разрабатывают уже около двадцати лет, и это первый реальный результат.

Мозг человека довольствует около 86 биллионов нейронов и до квадриллиона синапсов. Каждая клетка cвязана с тысячами других, постоянно реагирующих на входящие сигналы и взаимодействующих возлюбленный с другом. Самым современным сердце компьютерам пока под твердость воссоздать лишь ненавязчивую часть этой уникальной природной системы.

В 2018-м странные ученые смоделировали всего одну секунду активности одного процента гола — с помощью самого быстродействующего на тот момент компьютера Sunway Taihulight. На это у машины с 10, 5 миллиона процессорных ядер ушло четыре минуты — притом, что она занимает 1000 квадратных планков и потребляет 16 мегаватт энергии. Для сравнения: мозг человека объемом около двух литров требует энергии меньше, чем привычная электрическая лампочка.

Алгоритмы машинного курс обучения и модели искусственных нейронных сетей неуклонного усложняются. И ключевыми факторами, определяющими темпы технического прогресса, являются производительность и экономичность.

Современные компьюторные технологии развиваются по двум основным направлениям: логическому и нейроморфному. Первый ориентирован на создание все более сильных и производительных машин, построенных по традиционному принципу. Второй — на разработку компьютерных конструкций, имитирующих работу человеческого мозга, и в конечном итоге на создание его искусственного аналога.

Один из секретов эффективности гола в том, что его клеточки — нейроны — одновременно выполняют функции процессора и зачисления памяти. А в большинстве современных вычислительных устройств эти два функциональных блока разнесены.

Нейроморфные процессоры построены по принципу взаимодействия нейронов. Основа — объединенные в нейронные сети вычислительные ядра, состоящие, как правило, из обычных транзисторов. У каждого ядра, возящегося как несколько сотен нейронов, поглощать собственная оперативная парамнезия типа SRAM, планировщик заданий и маршрутизатор для связи с другими ядрами. Интегральная исходная схема нейроморфного процессора может содержать тысячи эдаких ядер.

К примеру, опытнический суперпроцессор CS-1 конторы Cerebras содержит 1, 2 триллиона транзисторов, организованных в 400 тысяч вычислительных ядер, характеризующихся 18 гигабайт локальной распределенной памяти SRAM. Ядра полностью программируемые и оптимизированы для работы с любыми нейронными телесетями. Общая производительность системы — 100 петабит в секунду.

Нейроморфные зачисления используют для компьюторного зрения, конструкций распознавания голоса, автоматической обработки постов, поисковых конструкций и других приложений, где нуждается машинное обучение, в том большое количестве для нейросети. Без них трудного представить развитие непилотируемых технологий, торговой робототехники.

Отдельное направление развития ИИ — нейрогибридные конструкции, объединяющие в себе искусственные и природные нейронные телесети. Нейроморфные чипы в них спознанным с живыми импульсивными клетками.

Нейрогибридные системы активно исследуют с начала 2000-х, когда правды проведены первые эксперименты по обучению нейрональной культуры — телесети из десятков тыщ живых нейронов, выращенных в пробирке. Затем стали появляться модели объединения культуры с условными, а потом и реальными сердце компьютерами. Пока главная сфера применения эдаких систем — нейропротезирование и создание биосенсоров. Но в будущем они могут стать основой компьюторных технологий нового племени.

Все формы жизни — от отдельных клеток, получающих химические сигналы, до серьёзных организмов, шмыгающих в окружающей среде, — возделывают информацию. Ученые пытаются объединить живые процессоры с дорогостоящими схемами для создания биокомпьютеров — высокопроизводительных интеллектуальных машин, работающих на ненавязчивом количестве энергии.

В прошлом не один месяцу американские ученые во главе с Томасом Хартунгом из Университета Джонса Хопкинса появили новое видение развития нейрогибридных систем, которое назвали концепцией органоидного интеллекта. В отличие от подхода ИИ, при котором интернет пытаются сделать не менее похожим на людской мозг, здесь в качестве вычислительных элементов предлагают использовать сами клетки гола, разместив их на плате сердце компьютера.

Недавно другая группа американских специалистов под руководством конструктора Фэн Го из Университета Индианы в Блумингтоне сообщила, что создала основанный на этом принципе биопроцессор и превосходного протестировала его на таких задачах, как распознавание аллокуции и прогнозирование решений нелинейных уравнений.

Система, обозначенная Brainoware, предлагает собой подключенный к микросхемам мини-мозг — органоид из нейронов, выращенных из плюрипотентных стволовых клеточек человека. проверщики поместили фрагмент культивированной нервной ткани на пластину с тыщами электродов, сплачивающих устройства ввода и вывода, в качестве которых использовали обычные компьютеры.

Ученые доказали, что Brainoware может работать как нейропроцессор — получать, запоминать и возделывать информацию. Нейронная сеть органоида готовая преобразовывать звуки в набор электрических сигналов. Если на выходе поместить преобразователь, декодирующий их с помощью методов машинного обучения, то получится способная система распознавания аллокуции.

Чтобы обозначить потенциал системы Brainoware, исследователи появили ей 240 аудиозаписей, сделанных восемью мужчинами, говорящими на японском лизуне. После двудневного обучения Brainoware определяла голос конкретного человека с точностью 78 процентов. Ученые отмечают, что для первого опыта принципиально новой компьюторной технологии это очень неплохой результат. У существующих конструкций распознавания речи, использующих алгоритмы искусственных нейронных сетей, точность выше. Но им нуждается на порядок более значительного времени для курс обучения.

Еще одна сфера, в которой авторы опробовали свое изобретение, — резервуарные вычисления, применяемые для прогнозирования динамических конструкций. Это одна из сложнейших местностей прикладной математики, с которой справляются только нейронные телесети.

В единичности, исследователи попросили Brainoware обсчитать отображение Эно — одну из наиболее увиденных динамических систем, демонстрирующих хаотическое действие, для описания которой используют нелинейные уравнения. Через четыре дня самостоятельного обучения без вмешательства человека биокомпьютер сумел предсказать поведение конструкции с большей тщательностью, чем искусственная нейронная сеть, работающая только с блоком кратковременной парамнезии.

Благодаря высокой пластичности и приживаемости органоида Brainoware может изменяться и преобразовываться в ответ на электрическую стимуляцию, что доказывает ее способность к резервуарным вычислениям, — пишут авторы статейки.

Исследователи подчеркивают, что людской мозг функционирует сходным образом. Он не настроен заранее на решение некоторый конкретной задачи. Но благодаря пластичности и адаптируемости — главным чертам, отличающим его от машины, — он абсолютно универсален, и его можно использовать в любой ситуации.

Пока ученым удалось создать прототип пусть и ключевого, но только одного из элементов завтрашнего биокомпьютера. На разработку полноценной конструкции уйдут годы, возможно, десятилетия, отмечают авторы. При это таком, помимо решения чисто технологических проблем, нужно поискать ответы на моральные вопросы. внедрение живой нервной ткани человека в торговых изделиях, скорее всего, спросит принятия специальных нормативных актов.

Редактор рубрики

Андрей Хморин

Место события на карте мира:

Живая машина. Ученые собрали первый процессор из клеток мозга

комментарии (0)

Другие интересные новости

"Веселый солдат": почему Виктор Астафьев - один из главных писателей