Учёные Принстонского университета создали гибридную биокомпьютерную платформу, которая объединяет живые клетки мозга и гибкую электронику, открывая новый путь к интеграции биологических систем и искусственного интеллекта. Разработка рассматривается как шаг к вычислительным архитектурам, которые ближе по принципам работы к человеческому мозгу.
Система получила название 3D-MIND и представляет собой трёхмерный электронный каркас, внутри которого размещаются группы живых нейронов, выращенных в лабораторных условиях. Нейронные клетки прорастают через структуру и вокруг неё, формируя устойчивую связь между биологической тканью и электронными компонентами.
Устройство включает около 70 000 биологических нейронов, объединённых в сеть на трёхмерной электронной матрице с десятками микроскопических электродов. Эти электроды способны как фиксировать активность нейронов, так и воздействовать на неё, обеспечивая двустороннюю связь между живыми клетками и электроникой.
Внутри системы встроены сенсоры, отслеживающие электрическую активность нейронной сети, а также стимуляторы, которые могут передавать сигналы обратно в клетки. В отличие от прежних технологий, взаимодействующих в основном с поверхностными слоями клеточных культур, новая платформа работает внутри объёмной трёхмерной структуры, позволяя наблюдать и контролировать активность по всей сети.
Разработчики отмечают, что электроника выполнена из мягких материалов с механическими свойствами, близкими к тканям мозга, благодаря чему устройство может длительное время оставаться интегрированным с живыми клетками без заметного нарушения их работы. Исследователи зафиксировали стабильное взаимодействие системы на протяжении шести месяцев.
По словам учёных, трёхмерные нейронные сети обладают более богатой связностью и потенциально большей вычислительной сложностью по сравнению с традиционными двумерными культурами. В ходе экспериментов встроенный интерфейс позволял быстрее и эффективнее стимулировать и обучать нейронные структуры, чем классические двумерные системы.
«Настоящее узкое место для искусственного интеллекта в ближайшем будущем — это энергия. Наш мозг потребляет лишь ничтожную долю — примерно одну миллионную — энергии, которую используют современные системы ИИ для выполнения аналогичных задач», — отметил Тянь-Мин Фу, сотрудник Института нейронаук Принстона.
Разработка 3D-MIND открывает возможность создания новых типов нейровычислительных систем, которые могут значительно снизить энергопотребление по сравнению с современными ИИ-платформами. Помимо вычислительных задач, система может использоваться как исследовательский инструмент для изучения формирования, адаптации и функционирования нейронных сетей в трёхмерной среде.
Также платформа может применяться в фармакологических исследованиях, позволяя создавать более точные лабораторные модели для тестирования лекарств, а также помогать в изучении неврологических заболеваний в контролируемых условиях. В дальнейшем команда планирует расширять систему, добавляя новые сенсоры и электроды для повышения сложности интерфейса, а также интегрировать оптические методы визуализации для более глубокого анализа активности мозга. В долгосрочной перспективе исследователи рассчитывают создать практические гибридные системы, объединяющие биологию и электронику для применения как в вычислительной технике, так и в медицине.
Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/uchjonye-obedinili-70-000-zhivyh-nejronov-s-jelektronikoj-v-gibridnom-mozgovom-chipe/
Обозрение "Terra & Comp".
