Mozek v počítači: Vědci naučili lidské mozkové buňky hrát Doom a otevírají novou éru biopočítačů

Myšlenka spojení živé biologické tkáně a digitálního systému se v posledních letech posunula z teoretických úvah do experimentální reality. Nejnovější demonstrace, o níž informoval magazín Popular Science, ukazuje, že skupina laboratorně pěstovaných lidských neuronů dokáže interagovat s počítačovou hrou a reagovat na její prostředí.

Experiment provedla australská společnost Cortical Labs, která vyvíjí zařízení označované jako CL1 – hybridní systém kombinující biologické neurony a klasický křemíkový čip. V tomto zařízení je přibližně 200 000 živých neuronů připojeno k elektronickému rozhraní, které převádí herní obraz na elektrické signály a naopak interpretuje aktivitu neuronů jako herní příkazy.

Neurony v systému tak dostávají informaci o tom, co se ve hře děje, a jejich elektrická aktivita následně ovládá pohyb postavy. Pokud určitý vzorec neuronální aktivity odpovídá například střelbě nebo pohybu, systém jej přeloží do konkrétní akce ve hře. Výsledkem je zvláštní situace: část živého nervového systému přímo ovládá digitální svět.

Experiment navazuje na předchozí výzkum, v němž se podobná neuronální kultura naučila hrát mnohem jednodušší hru Pong. Tehdy vědci ukázali, že biologické neurony dokážou reagovat na zpětnou vazbu a zlepšovat svůj výkon v reálném čase. Podle vývojářů šlo o důkaz, že neurony mohou vykazovat „adaptivní učení orientované na cíl“, což je základní vlastnost inteligentních systémů.

Přechod od Pongu k Doom však znamenal mnohem složitější úkol. Zatímco Pong pracuje s jednoduchým dvourozměrným prostředím, Doom představuje komplexní 3D prostor plný nepřátel a proměnlivých situací. Neuronální systém se musí orientovat, reagovat na změny a rozhodovat se v reálném čase.

Samozřejmě nejde o žádného profesionálního hráče. Podle výzkumníků se neuronální síť chová spíše jako začátečník, který hru vidí poprvé. Přesto dokáže hledat nepřátele, otáčet se v prostředí a střílet. Klíčovým zjištěním je, že neurony se postupně učí reagovat na zpětnou vazbu, podobně jako živý mozek během učení.

Tento typ technologie spadá do širší oblasti označované jako organoid intelligence, tedy využívání laboratorně pěstovaných neuronálních struktur jako biologického „hardwaru“ pro výpočetní systémy. Na rozdíl od klasických počítačů založených na křemíku mohou biologické neurony komunikovat tisíci různých způsobů a vytvářet velmi komplexní sítě.

Zastánci tohoto přístupu tvrdí, že biologické výpočetní systémy by mohly být výrazně energeticky úspornější než dnešní umělá inteligence. Moderní AI modely potřebují obrovské datové centra a značné množství energie. Naproti tomu lidský mozek pracuje s výkonem zhruba 20 wattů – přibližně jako slabá žárovka – a přesto zvládá extrémně komplexní úkoly.

Biologické neurony mají také schopnost adaptace a plasticity, která je v současné umělé inteligenci obtížně napodobitelná. Neuronální sítě v počítačích se učí prostřednictvím matematických algoritmů, zatímco biologické neurony se dokážou přizpůsobovat prostřednictvím změn synaptických spojení a elektrické aktivity.

Koncept biologického počítače, někdy označovaný jako wetware computing, existuje v teoretických úvahách už desítky let. Jde o myšlenku, že živé buňky mohou fungovat jako výpočetní jednotky, které zpracovávají informace podobně jako digitální procesory.

První experimenty s neuronálními počítači se objevily už v devadesátých letech, kdy vědci dokázali použít neurony pijavic k řešení jednoduchých matematických úloh. Současný výzkum je však mnohem ambicióznější. Cílem není jen demonstrovat, že neurony mohou něco počítat, ale vytvořit skutečné hybridní systémy spojující biologii a elektroniku.

Takové technologie by mohly mít překvapivě široké využití. Jednou z hlavních oblastí je medicína. Biologické neuronální systémy by mohly sloužit jako model lidského mozku pro testování léků nebo studium neurologických chorob. Laboratorně pěstované neuronální sítě totiž mohou napodobovat některé vlastnosti skutečné mozkové tkáně.

Dalším možným směrem je vývoj nové generace umělé inteligence. Hybridní systémy kombinující biologické neurony a elektronické obvody by mohly nabídnout jiný typ výpočetní architektury než současné AI modely. Výhodou by mohla být například schopnost rychlého učení nebo vyšší energetická efektivita.

S tímto vývojem však přichází i etické otázky. Jak složité mohou být neuronální kultury, než začneme řešit otázku vědomí nebo utrpení? Zatím většina vědců zdůrazňuje, že současné systémy obsahují příliš málo neuronů na to, aby mohly vytvářet něco podobného vědomí. Přesto někteří bioetici upozorňují, že s rostoucí komplexitou bude nutné definovat jasné hranice experimentů.

Diskuse se týká také původu buněk. Neurony používané v těchto systémech jsou obvykle odvozeny z lidských kmenových buněk získaných například z kožních buněk dárců. To znamená, že nejde o odebranou mozkovou tkáň, ale o laboratorně vytvořenou neuronální kulturu.

Pro technologický svět má však tento výzkum ještě jiný význam. Ukazuje totiž, že budoucnost výpočetní techniky nemusí být založena pouze na stále výkonnějších čipech. Je možné, že se bude odehrávat na pomezí biologie a technologie, kde se živé buňky stanou součástí počítačových systémů.

Pokud se tyto experimenty podaří dále rozvíjet, může vzniknout úplně nová kategorie zařízení – biohybridní počítače, které spojují biologickou inteligenci s digitální přesností.

A to, že první demonstrace takového systému zahrnuje kultovní videohru z devadesátých let, není náhoda. V technologické komunitě totiž existuje starý vtip: každá nová výpočetní platforma musí dříve nebo později dokázat jednu věc. Musí rozběhnout Doom.