Ερευνητές του Lehigh University στην Πενσιλβάνια εργάζονται πάνω σε ένα φιλόδοξο σχέδιο: την καλλιέργεια μίνι-εγκεφάλων στο εργαστήριο, με στόχο να μελετήσουν πώς τα ανθρώπινα νευρωνικά δίκτυα επεξεργάζονται πληροφορίες. Η γνώση αυτή φιλοδοξούν να αξιοποιηθεί στην ανάπτυξη νέων μορφών τεχνητής νοημοσύνης, πιο γρήγορων αλλά και λιγότερο ενεργοβόρων.
Η πρωτοβουλία καθοδηγείται από τον καθηγητή Yevgeny Berdichevsky και έχει εξασφαλίσει χρηματοδότηση 2 εκατομμυρίων δολαρίων από το National Science Foundation, στο πλαίσιο του προγράμματος Emerging Frontiers in Research and Innovation. Το ύψος της χρηματοδότησης αντικατοπτρίζει τη σημασία και την καινοτομία του εγχειρήματος, που συνδυάζει τεχνολογία αιχμής με θεμελιώδη ερωτήματα γύρω από τη φύση της νοημοσύνης.
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος καταναλώνει περίπου 20 watt – όσο μια απλή λάμπα – για να διαχειριστεί δισεκατομμύρια διεργασίες κάθε δευτερόλεπτο. Η αποδοτικότητα αυτή παραμένει άπιαστο όνειρο για τα υπερυπολογιστικά συστήματα και τα data centers που τροφοδοτούν τη σημερινή τεχνητή νοημοσύνη. Καθώς η ενεργειακή κατανάλωση της AI αυξάνεται ραγδαία, οι επιστήμονες αναζητούν τρόπους να εμπνευστούν από τη βιολογία για να μειώσουν αυτό το κόστος.
Τα μίνι-εγκεφαλικά οργανοειδή – τρισδιάστατες μικροσκοπικές δομές από ενήλικα κύτταρα – αποτελούν μια ελκυστική λύση. Αν και δεν διαθέτουν την πολυπλοκότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου, προσφέρουν ένα ζωντανό μοντέλο για τη μελέτη των νευρωνικών μηχανισμών που χαρίζουν στον εγκέφαλο την απίστευτη αποδοτικότητά του.
Ένα από τα βασικά προβλήματα είναι ότι τα οργανοειδή τείνουν να αναπτύσσουν τυχαίες συνδέσεις μεταξύ νευρώνων. Η ερευνητική ομάδα στοχεύει να ξεπεράσει αυτό το εμπόδιο δημιουργώντας πιο οργανωμένες δομές, που θα θυμίζουν τον ανθρώπινο φλοιό.
Σε αυτό το σημείο μπαίνει στο προσκήνιο η Lesley Chow, καθηγήτρια βιοϋλικών μηχανικής. Χρησιμοποιώντας τεχνικές τρισδιάστατης εκτύπωσης, θα κατασκευάσει μικροσκοπικά «σκελετά» που θα καθοδηγούν τα κύτταρα να τοποθετηθούν στα σωστά σημεία. Με την τοποθέτηση νευρωνικών συσσωματωμάτων σε προκαθορισμένες «θέσεις» και την επικάλυψη πολλών στρωμάτων, φιλοδοξούν να δημιουργήσουν οργανοειδή δομημένα από το μηδέν.
Αυτά τα μίνι-εγκεφαλικά συστήματα θα μπορούν να δέχονται οπτικά ερεθίσματα υπό τη μορφή παλμών φωτός. Οι νευρώνες, οι οποίοι θα έχουν τροποποιηθεί ώστε να εκπέμπουν φως όταν ενεργοποιούνται, θα είναι παρατηρήσιμοι σε πραγματικό χρόνο, επιτρέποντας στους επιστήμονες να καταγράφουν τη διαδικασία επεξεργασίας δεδομένων.
Τα πειράματα έχουν στόχο να διαπιστώσουν αν τα μίνι-εγκεφαλικά μοντέλα μπορούν να αναγνωρίζουν μοτίβα όπως η κίνηση, η κατεύθυνση ή η ταχύτητα. Πρόκειται για δεξιότητες κρίσιμες σε εφαρμογές της τεχνητής νοημοσύνης, όπως τα συστήματα αυτόνομης οδήγησης.
Οι αποκρίσεις των νευρώνων θα μετατρέπονται σε κατανοητά δεδομένα με τη βοήθεια παράλληλων αλγορίθμων, οι οποίοι θα έχουν σχεδιαστεί ώστε να «διαβάζουν» και να αποκωδικοποιούν τη νευρωνική δραστηριότητα. Έτσι, οι ερευνητές θα μπορούν να συγκρίνουν απευθείας την απόδοση αυτών των βιολογικών μοντέλων με εκείνη των παραδοσιακών ψηφιακών συστημάτων.
Η δημιουργία μίνι-εγκεφάλων εγείρει αναπόφευκτα ηθικά ερωτήματα. Η ερευνητική ομάδα ξεκαθαρίζει ότι τα οργανοειδή θα παραμένουν πολύ μικρά και πρωτόγονα ώστε να μην υπάρχει πιθανότητα ανάπτυξης οποιασδήποτε μορφής συνείδησης. Ο στόχος δεν είναι να δημιουργηθεί βιολογική νοημοσύνη, αλλά να αντληθούν έμπνευση και αρχές από τον εγκέφαλο, ώστε να σχεδιαστούν πιο βιώσιμες τεχνητές δομές.
Ο Berdichevsky υπογραμμίζει ότι το εγχείρημα δεν θα ήταν δυνατό χωρίς τη συνεργασία διαφορετικών επιστημονικών πεδίων. Νευροεπιστήμη, βιοϊατρική μηχανική, πληροφορική και ακόμη και φιλοσοφία συνδυάζονται για να εξερευνήσουν ένα από τα πιο φιλόδοξα όρια της σύγχρονης τεχνολογίας.
Εάν η προσπάθεια στεφθεί με επιτυχία, το επόμενο βήμα θα είναι να χρησιμοποιηθούν αυτά τα βιολογικά μοντέλα ως «γυμναστήρια» για την εκπαίδευση αλγορίθμων νέας γενιάς. Έτσι, θα μπορούσαν να ανοίξουν τον δρόμο για τεχνητά συστήματα πιο αποδοτικά, πιο ανθεκτικά και πιο φιλικά προς το περιβάλλον.
[via]
