Возможно, это и берёт начало в научной фантастике, но небольшая группа исследователей добивается реальных успехов в попытках создать компьютеры из живых клеток.
Добро пожаловать в странный мир биокомпьютерных технологий.
Среди лидеров этого направления — группа учёных из Швейцарии, с которыми я встречался.
Они надеются, что однажды мы увидим центры обработки данных, полные «живых» серверов, которые будут воспроизводить принципы обучения искусственного интеллекта (ИИ) и смогут потреблять лишь малую часть энергии, потребляемой современными методами.
Таково видение доктора Фреда Джордана, соучредителя лаборатории FinalSpark, которую я посетил.
Мы все привыкли к идеям аппаратного и программного обеспечения в компьютерах, которые мы используем сейчас.
Термин «биокомпьютер», который доктор Джордан и другие специалисты используют для обозначения своего творения, вызывает некоторое недоумение.
Проще говоря, это включает в себя создание нейронов, которые развиваются в кластеры, называемые органоидами, которые, в свою очередь, можно прикрепить к электродам, и тогда можно начинать использовать их как мини-компьютеры.
Доктор Джордан признаёт, что для многих сама концепция биокомпьютинга, вероятно, немного странная.
«В научной фантастике люди живут с этими идеями уже довольно давно», — сказал он.
«Когда вы начинаете говорить: „Я буду использовать нейрон как маленькую машину“, это совершенно другой взгляд на наш мозг, и это заставляет вас задуматься, кто мы такие».
В FinalSpark процесс начинается со стволовых клеток, полученных из клеток человеческой кожи, которые компания закупает в японской клинике. Доноры анонимны.
Но, как ни странно, предложений предостаточно.
«К нам обращается много людей», — сказал он.
«Но мы отбираем только стволовые клетки от официальных поставщиков, поскольку качество клеток имеет решающее значение».
В лаборатории клеточный биолог FinalSpark, доктор Флора Броцци, вручила мне чашку с несколькими маленькими белыми шариками.
Каждая маленькая сфера — это, по сути, крошечный, выращенный в лаборатории мини-мозг, состоящий из живых стволовых клеток, культивированных для образования кластеров нейронов и вспомогательных клеток — так называемых «органоидов».
По сложности они далеки от человеческого мозга, но имеют те же строительные блоки.
После процесса, который может длиться несколько месяцев, органоиды готовы к подключению к электроду и последующему реагированию на простые команды с клавиатуры.
Это устройство для передачи и получения электрических сигналов, результаты которых записываются на обычный компьютер, подключенный к системе.
Тест простой: вы нажимаете клавишу, которая посылает электрический сигнал через электроды, и если это срабатывает (а это случается не всегда), вы можете увидеть небольшой скачок активности на экране в ответ.
На экране отображается движущийся график, немного похожий на ЭЭГ.
Я нажимаю клавишу несколько раз подряд, и реакция внезапно прекращается. Затем на графике появляется короткий, характерный всплеск энергии.
Когда я спросил, что произошло, доктор Джордан ответил, что они до сих пор многого не понимают в том, что делают органоиды и почему. Возможно, я их разозлил.
Электрическая стимуляция — важный первый шаг на пути к более масштабной цели команды: запустить обучение нейронов биокомпьютера, чтобы они в конечном итоге смогли адаптироваться к выполнению задач.
«Для ИИ это всегда одно и то же», — сказал он.
«Вы вводите какие-то данные и хотите получить какие-то выходные данные, которые будут использоваться.
«Например, вы вводите изображение кошки и хотите, чтобы выходные данные определяли, кошка это или нет», — пояснил он.
Поддержание работоспособности биокомпьютеров
Поддержание работоспособности обычного компьютера — задача несложная — ему нужно всего лишь питание, — но что происходит с биокомпьютерами?
На этот вопрос учёные пока не нашли ответа.
«У органоидов нет кровеносных сосудов», — сказал Саймон Шульц, профессор нейротехнологий и директор Центра нейротехнологий Имперского колледжа Лондона.
«В человеческом мозге есть кровеносные сосуды, которые пронизывают его на разных уровнях и снабжают питательными веществами для поддержания его нормальной работы.
«Мы пока не знаем, как их правильно создавать. Поэтому это самая большая текущая проблема».
Одно можно сказать наверняка. Когда мы говорим о смерти компьютера, то с «программным обеспечением» это происходит буквально.
FinalSpark добился определённого прогресса за последние четыре года: его органоиды теперь могут жить до четырёх месяцев.
Но есть и некоторые жуткие открытия, связанные с их окончательной кончиной.
Иногда перед смертью наблюдают всплеск активности органоидов — аналогичный учащённому сердцебиению и мозговой активности, наблюдаемому у некоторых людей в конце жизни.
«Было несколько случаев, когда мы наблюдали очень быстрый рост активности буквально в последние минуты или десятки секунд [жизни]», — сказал доктор Джордан.
«Думаю, за последние пять лет мы зарегистрировали около 1000 или 2000 таких смертей».
«Это печально, потому что нам приходится останавливать эксперимент, понимать причину его остановки, а затем повторять его снова», — сказал он.
Профессор Шульц согласен с этим несентиментальным подходом.
«Нам не следует их бояться, это просто компьютеры, сделанные на другой основе из другого материала», — сказал он.
Реальные приложения
FinalSpark — не единственные учёные, работающие в области биокомпьютерных технологий.
В 2022 году австралийская компания Cortical Labs объявила, что ей удалось заставить искусственные нейроны играть в раннюю компьютерную игру Pong.
В США исследователи из Университета Джонса Хопкинса также создают «мини-мозги» для изучения того, как они обрабатывают информацию, но в контексте разработки лекарств от неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и аутизм.
Есть надежда, что ИИ вскоре сможет вывести эту область исследований на новый уровень.
Однако на данный момент доктор Лена Смирнова, руководитель исследования в Университете Джонса Хопкинса, считает, что «живое» программное обеспечение (Wireware) — это многообещающий научный проект, но пока он находится на ранней стадии развития.
По её словам, маловероятно, что оно заменит основной материал, используемый в настоящее время для компьютерных чипов.
«Биокомпьютинг должен дополнять, а не заменять кремниевый ИИ, одновременно способствуя моделированию заболеваний и сокращая использование животных», — сказала она.
Профессор Шульц согласен: «Думаю, они не смогут превзойти кремний по многим параметрам, но мы найдём свою нишу», — предположил он.
Однако, несмотря на то, что эта технология всё ближе подходит к реальному применению, доктора Джордана по-прежнему очаровывает её научно-фантастическая основа.
«Я всегда был поклонником научной фантастики», — сказал он.
«Когда смотришь научно-фантастический фильм или читаешь книгу, мне всегда становилось немного грустно, потому что моя жизнь не была похожа на ту, что описана в книге. Теперь я чувствую себя внутри неё и пишу её».
Дополнительный материал от Франчески Хашеми