«Мозг в пробирке» научился играть в виртуальный пинг-понг
Группа ученых из Австралии придумала, как скооперировать сотни тысяч нейронов и обучить их игре в классическую компьютерную аркаду Pong. Сделать это удалось с помощью остроумной системы вознаграждений. В статье биологи отметили, что цифровые системы, в которые интегрированы нейроны, потенциально более производительны, чем те, в которых использован исключительно кремний. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuron.
Ученые получили биологическую нейронную сеть, собранную из стволовых клеток человека и грызунов. Систему из 800 тысяч клеток, которую исследователи назвали DishBrain, или «мозг в пробирке», выращивали на микроэлектродах. Это было необходимо, чтобы в дальнейшем подключить нейроны к компьютеру. Игра Pong (виртуальный двумерный аналог пинг-понга), где нужно отбивать мяч ракеткой, стала тестом на обучаемость DishBrain. Биологи изучали, как система адаптируется и насколько эффективно она обрабатывает сенсорную информацию.
Чтобы обучить «мозг в пробирке» играть в Pong, ученые направляли в нейроны электрические сигналы. Их генерировала специально разработанная программа SpikeStream. Через нее кодировались движения игрового мячика: электрический сигнал в той или иной части системы нейронов указывал на расположение мяча в пространстве, а частота сигнала определяла расстояние до него. Таким же образом кодировали и выходной сигнал, где локализация активности нейронов показывала направление движения ракетки, а частота — скорость этого движения.
Когда DishBrain совершала ошибки, то в ответ получала хаотические электрические сигналы длительностью в несколько секунд. При этом когда система нейронов отбивала мяч, к ней приходил краткий и предсказуемый сигнал. Ученые использовали принцип свободной энергии (он предполагает, что живые клетки пытаются свести к минимуму непредсказуемость окружающей среды), так как в DishBrain нет дофаминовой или иной системы вознаграждения. В результате этот метод помог нейронам за пять минут обучиться координировать активность отдельных клеток.
«Новаторство работы заключается в том, что мы смогли наделить нейроны чувствительностью, то есть способностью реагировать, и возможностью воздействовать на мир вокруг. Это примечательно, потому что обычно такие мини-мозги не способны учиться на системе поощрения и наказания, а потому не умеют самоорганизовываться», — рассказывает соавтор исследования нейробиолог-теоретик Карл Фристон.
Фото на обложке Unsplash
Еще почитать по теме
