Žádný počítač není tak důmyslný jako lidský mozek. Hroudy tkáně usazené v našich lebkách dokážou zpracovávat informace způsobem, kterých se křemíková výpočetní technika může jen stěží dotknout.

Lidský mozek je úžasný. Obsahuje na 86 miliard neuronů (nervových buněk) a až kvadrilion synapsí (neuronových spojů). Každý neuron je propojen až s 10 000 dalšími neurony. Je to hotový vesmír v prostoru několika stovek krychlových centimetrů.

Na křemíku založené počítače zpracovávají čísla a data rychleji než lidé, ale lidský mozek je chytřejší při přijímání logických rozhodnutí, jakým je třeba triviální úkol rozlišit kočku od myši.

Pokusů o to, aby se výpočetní technika víc podobala mozku, bylo už bezpočet. V roce 2013 se například pokusila napodobit mozek společnost Riken se svým K Computerem.

Svého času jednomu z nejvýkonnějších superpočítačů na světě s 82 944 procesory a petabajtem hlavní paměti však trvalo 40 minut, než nasimuloval jednu sekundu činnosti 1,73 miliardy neuronů propojených 10,4 bilionu synapsí, což obnáší jedno až dvě procenta mozku.

Vědci snaží přiblížit schopnostem mozku tím, že navrhují hardware a algoritmy, které napodobují jeho strukturu a způsob fungování. Tento způsob, známý jako neuromorfní výpočetní technika, se vyvíjí, je ale energeticky náročný a trénování umělých neuronových sítí je časově náročné.

Nový experiment na to šel jinak. Spojil skutečnou lidskou mozkovou tkáň s elektronikou.

Vznikl hybridní počítač Brainoware. A co je podstatné - funguje!

Sestavil ho tým vedený počítačovým vědcem Fengem Guo z Indiana University Bloomington a zadával mu nejrůznější úkoly, například rozpoznat řeč, anebo vyřešit soustavu nelineárních rovnic.

Budoucnost je tady

Brainoware je zatím o cosi méně přesný než čistě hardwarový počítač pracující s umělou inteligencí, ale zmíněný test byl jen prvním krokem ve vývoji nového typu počítačové architektury, píší vědci ve studii publikované v časopise Nature Electronics.

Guo a jeho spolupracovníci využívají skutečné lidské mozkové tkáně vypěstované v laboratoři. Lidské kmenové buňky přiměli, aby se vyvinuly v různé typy mozkových buněk. Ty se potom uspořádaly do trojrozměrných mini mozků zvaných organoidy, doplněných o spojení a struktury.

Scientists Built a Functional Computer With Human Brain Tissue https://t.co/F2gwy3FQQP

— ScienceAlert (@ScienceAlert) December 11, 2023

Nejsou to skutečné mozky, ale pouze tkáně bez čehokoli, co by připomínalo myšlení, emoce nebo vědomí.

Brainoware se skládá z mozkových organoidů připojených k soustavě mikroelektrod s vysokou hustotou využívajících typ umělé neuronové sítě známý jako „reservoir computing“ (rezervoárový výpočet nebo volněji výpočetní nádrž).

Elektrická stimulace přenáší informace do organoidu, rezervoáru, kde se tyto informace zpracovávají, než Brainoware vyplivne svůj výpočet ve formě nervové aktivity.

Nahoře, zleva doprava: Organoidy lidského mozku po 7 dnech, 14 dnech, 28 dnech a několika měsících vývoje. Dole, zleva doprava: Detailnější pohled na organoid po 1 měsíci, 2 a 3 měsících. | zdroj: kredit-Cai a kol.

Pro vstupní a výstupní vrstvu se používá běžný počítačový hardware. Tyto vrstvy musely být vycvičeny pro fungování s organoidem. Výstupní vrstva čte neuronová data a na základě vstupních dat provádí klasifikace nebo předpovědi.

Pro demonstraci systému dali vědci Brainoware 240 zvukových klipů osmi mužských mluvčích, kteří vydávali japonské samohlásky, a požádali jej, aby identifikoval hlas určitého jedince.

Potom zadali Brainoware úkol, aby předpověděl Hénonovu mapu, dynamický systém, který vykazuje chaotické chování. Nechali jej bez dohledu učit se po dobu čtyř dnů. Ve finále byl schopen předpovídat mapu s vysokou přesností.

Chytré i úsporné

„Byly to první ukázky využití mozkových organoidů pro výpočetní účely. A je pro nás vzrušující vidět možnosti organoidů pro technologii budoucnosti – biocomputing,“ cituje Fenga Gua magazín Science Alert.

Vědci upozorňují, že IT průmysl je v současnosti obrovským přispěvatelem k emisím uhlíku. Pokud by i určitý počet úloh prováděly biopočítače, byl by to nepochybně ohromný přínos životnímu prostředí.

Křemíkové výpočty jsou energeticky náročné. Superpočítač spotřebuje miliony wattů energie, zatímco lidský mozek na srovnatelnou činnost pouhých 20 wattů. A organoidní inteligence vykazuje obdobnou energetickou účinnost jako inteligence lidská.