ظهور رایانههای مجهز به سلولهای مغز انسان
هستی وفایی: در شهری در کنار دریاچه ژنو، تودههایی از سلولهای زنده مغز انسان قرار دارند که میتوان آنها را اجاره کرد. این تودهها که اندازهشان تقریباً بهاندازه یک دانه شن است، میتوانند سیگنالهای الکتریکی دریافت کنند و به آنها پاسخ دهند درست همانطورکه رایانهها اینکار را میکنند. گروههای پژوهشی از سراسر جهان میتوانند وظایفی را برای این تودهها بفرستند، با این امید که آنها اطلاعات را پردازش کنند و سیگنالی برگشتی بفرستند. به دنیای وتور یا زیسترایانهها خوش آمدید. در چند آزمایشگاه دانشگاهی و شرکت محدود، پژوهشگران درحالرشد دادن نورونهای انسانی هستند و تلاش میکنند آنها را به سیستمهایی کاربردی تبدیل کنند که برابر با ترانزیستورهای زیستی باشند. اینشبکههای نورونی، بهگفته آنها، روزی میتوانند قدرتی در حد یک ابررایانه بدون مصرف بالای انرژی ارائه دهند. نتایج تاکنون محدود بودهاند؛ اما دانشمندان مشتاق، هماکنون در حال خریدن یا قرضگرفتن دسترسی آنلاین به این پردازندههای سلولهای مغزی هستند یا حتی دههاهزار دلار سرمایهگذاری میکنند تا مدل مخصوصبهخود را داشته باشند. برخی میخواهند از این زیسترایانهها بهعنوان جایگزین مستقیم رایانههای معمولی استفاده کنند، درحالیکه برخیدیگر میخواهند از آنها برای مطالعه عملکرد مغز استفاده کنند. بنجامین وارد؛ چریر پژوهشگر رباتیک در دانشگاه بریستول در بریتانیا میگوید: تلاش برای درک هوش زیستی یک مسئله علمی بسیارجالب است، کسیکه زمان کار با تودههای مغزی سوئیسی را اجاره میکند. او میافزاید: نگاهکردن بهاینمسئله از پایین به بالا با نسخههای ساده و کوچک از مغز خودمان و ساخت تدریجی آنها بهنظر من راه بهتری نسبت به رویکرد از بالابهپایین است. طرفداران زیستمحاسبات ادعا میکنند که این سیستمها روزی میتوانند با قابلیت هوش مصنوعی و حتی توان محاسبات کوانتومی رقابت کنند. پژوهشگران دیگری که با نورونهای انسانی کار میکنند، نسبت به آنچه ممکن است حاصل شود تردید بیشتری دارند. آنها هشدار میدهند که هیاهو و جذابیت داستانی این ایده که گاهی باعنوان «مغز در شیشه» از آن یاد میشود حتی میتواند نتیجه معکوس داشته باشد. اگر این تصور شکل بگیرد که این سیستمها دارای «هوشیاری» یا «آگاهی» هستند، میتواند پیامدهایی برای جامعه پژوهشی داشته باشد. مدلین لنکستر؛ زیستشناس تکوینی در دانشگاه کمبریج بریتانیا که از بافتهای عصبی برای مطالعه رشد و بیماری استفاده میکند اما در پروژههای زیستمحاسباتی شرکت ندارد، میگوید: من نگرانم که اگر ایننوع کار بیشازحد موردتوجه قرار گیرد و اغراق شود، واکنشها دیگر فقط این نباشد که باید کمی محتاطتر درمورد اینکار فکر کنیم، بلکه بشود: باید کل ایننوع کار را متوقف کنیم. او ادامه میدهد: این میتواند منجر به مقرراتی شود که تمام کارها را متوقف کند حتی آنبخش ازاینحوزه که واقعاً درتلاش است تا به مردم کمک کند. دانشمندان علوم رایانه مدتهاست که مجذوب بازدهی انرژی خارقالعاده مغز انسان هستند. مغز با مصرف کمتر از ۲۰ وات، تقریباً بهاندازه انرژی لازم برای چرخاندن یک پنکه رومیزی کوچک، میتواند میلیاردها نورون خود را بهکار گیرد تا معادل یکمیلیارد عملیات ریاضی در هرثانیه انجام دهند. بهترین ابررایانههای امروزی میتوانند به چنین سرعتی برسند، اما درعوض یکمیلیون برابر انرژی بیشتر مصرف میکنند. برخی پژوهشگران سعی دارند ساختار فوقالعاده کارآمد مغز را بااستفادهاز تراشههای سیلیکونی بازسازی کنند. اینرویکرد که بهطورکلی محاسبات نورومورفیک نام دارد، از چگونگی اتصال و شلیک نورونها برای ارتباط الهام میگیرد. بهویژه، برخی از این سیستمها تلاش میکنند تقلید کنند که چگونه نورونها باید تا رسیدن به آستانهای شارژ شوند و سپس یک پالس الکتریکی ارسال کنند؛ اما زیستمحاسبات بهسراغ خودِ ماده زیستی میرود. پژوهشگران بااستفادهاز سلولهای بنیادی پرتوان القایی که میتوانند دوباره برنامهریزی شوند تا به تقریباً هرنوع سلولی تبدیل شوند جوامعی از سلولهای مغزی را کشت میدهند و با مواد مغذی و فاکتورهای رشد از آنها نگهداری میکنند. برای ارتباط با این سلولها، پژوهشگران آنها را روی آرایههایی از الکترودها قرار میدهند، سپس سیگنالها و فرمانها را بهشکل توالیهایی از پالسهای الکتریکی به آنها میفرستند. این سیگنالها نحوه ورود و خروج یونها از نورونها را تغییر میدهند و ممکن است باعث شوند برخی سلولها پالس الکتریکی موسوم به پتانسیل عمل شلیک کنند. الکترودهای زیسترایانه میتوانند این سیگنالها را شناسایی کرده و بااستفادهاز الگوریتمها آنها را به اطلاعات قابلاستفاده تبدیل کنند. رایجترین روش زیستمحاسبات، نورونها را بهصورت خوشههای سهبعدی بهنام ارگانوئید کشت میدهد. ترکیب این جوامع سلولهای مغزی بسته به نحوه تمایز سلولهای بنیادی پرتوان القایی متفاوت است، اما معمولاً شامل نورونها و سلولهای پشتیبان آنها مانند آستروسیتها و الیگودندروسیتها میشود. در ماه اوت، وارد-چریر و همکارانش گزارش دادند که از ارگانوئیدهای مغز انسان با حدود ۱۰ هزار نورون برای «تشخیص» حروف بریل استفاده کردهاند. آنها ابتدا از یک ربات مجهز به حسگر لمسی برای خواندن حروف استفاده کردند، سپس دادههای جمعآوریشده برای هر حرف را به الگوهای متمایز از پالسهای الکتریکی با تغییر در زمانبندی و شدت تبدیل کردند و آنها را ازطریق مجموعهای از هشت الکترود که در نزدیکی سطح ارگانوئید قرار داشتند، عبور دادند. این الکترودها فعالیت جمعی بسیاری از نورونهای نزدیک را ثبت کردند. پژوهشگران میخواستند بدانند آیا الگوهای شلیک نورونها در ارگانوئید بسته به الگوی تحریک ورودی متفاوتاند و آیا این پاسخها قابل تکرار هستند یا خیر. برای هر حرف، آنها پاسخ ثبتشده از هر الکترود را جمعآوری کرده، میانگین گرفتند تا خروجی کلی ارگانوئید را بهدست آورند و سپس از یادگیری ماشینی برای شناسایی هرگونه الگو استفاده کردند. ایسنا