Программируемая биология. 200 тысяч живых клеток мозга человека заставили играть в игру Doom

Об этом пишет издание Interesting Engineering.

Команда вырастила 200 тысяч клеток мозга на микроэлектродной матрице. Чип нейронной вычислительной системы CL-1 преобразует цифровые данные игры в электрические биологические сигналы, которые воспринимают клетки.

Хотя система пока не может соревноваться с профессиональными игроками, разработчики назвали эксперимент важным шагом в сфере программируемой биологии. По словам научного директора компании Бретта Кагана, это стало важной вехой, поскольку клетки продемонстрировали адаптивное обучение в реальном времени и способность действовать в соответствии с поставленной целью.

Еще в 2021 году Cortical Labs научила биологический чип играть в Pong. Тогда в лаборатории вырастили более 800 тысяч клеток мозга на микроэлектродах и создали гибридную систему, которая могла обмениваться электрическими сигналами с цифровой средой. После длительного обучения нейроны научились получать обратную связь и отправлять сигналы для управления игрой. На это ушло более полутора лет интенсивной работы.

После этого команда взялась за Doom. Главной проблемой было превратить изображение из игры в электрические сигналы, которые клетки без глаз могли бы «видеть» и интерпретировать.

Эту задачу решил независимый разработчик Шон Коул, который имел минимальный опыт в сфере биологических вычислений. За неделю он создал интерфейс на Python, который позволил нейронам ориентироваться в трехмерной среде игры. Система преобразует активность клеток обратно в цифровые команды, благодаря чему они самостоятельно двигаются, нацеливаются на врагов и стреляют в реальном времени.

По навыкам эта система пока уступает человеку, но исследователи заявили, что она научилась игры быстрее, чем искусственный интеллект на основе обычных кремниевых чипов. Они предполагают, что с новыми алгоритмами обучения такие биологические процессоры смогут сократить этот разрыв.

Точное количество нейронов в мозге человека до сих пор является предметом научных дискуссий, но речь идет о десятках миллиардов клеток. На этом фоне 200 тысяч нейронов, использованных в опыте с Doom, составляют очень малую долю.

Специалисты отмечают, что механизм, по которому эти клетки воспринимают игру или понимают задачи, еще требует изучения. В то же время успешное взаимодействие с трехмерной средой стало важным шагом в управлении и обучении живых нейронных систем.

Переход от Pong к Doom также открывает возможности для практического применения, в частности для управления роботизированными протезами. Исследователи считают, что такие гибридные системы могут в будущем выполнять сложные задачи, которые сейчас являются слишком энергозатратными или тяжелыми для обычных чипов.

Doom давно считают своеобразным тестом для новых инженерных платформ. Игру запускали на самом разнообразном оборудовании — от необычных цифровых систем до биологических носителей, что подчеркивает ее статус универсального показателя возможностей технологий.