محققان دانشگاه لیهای در پنسیلوانیا در حال هدایت یک پروژه بلندپروازانه برای بررسی چگونگی پردازش اطلاعات توسط نمونههای کوچک مغز رشد یافته در آزمایشگاه، به نام ارگانوئیدهای مغزی، برای طراحی هوش مصنوعی هوشمندتر و با بهرهوری انرژی بیشتر هستند.
این پروژه به رهبری پروفسور یوگنی بردیچفسکی، کمک هزینهای ۲ میلیون دلاری از برنامه مرزهای نوظهور در تحقیق و نوآوری (EFRI) بنیاد ملی علوم دریافت کرده است.
این بودجه از تلاشهای آنها برای مطالعه پردازش اطلاعات پیچیده در مغز و تکثیر آن در سیستمهای مهندسی شده پشتیبانی میکند. بردیچفسکی و تیمش همچنین با کالج مهندسی و علوم کاربردی پی. سی. راسین لیهای و کالج بهداشت همکاری میکنند.
تقلید از مغز انسان
مغز انسان به خاطر انجام میلیاردها محاسبه با مصرف تقریباً همان انرژی یک لامپ شناخته شده است. محققان با مطالعه نحوه پردازش این اطلاعات توسط مغز انسان، امیدوارند اسرار کارایی را که مقدار قابل توجهی انرژی کمتری مصرف میکند، کشف کنند.
بردیچفسکی با تأکید بر تلاشهای گذشته در رابطه با این آزمایش گفت: “مردم مدتهاست که شبکههای عصبی مبتنی بر سختافزار را برای تقلید از مغز انسان ساختهاند.”
اما مدارهای واقعی مغز وظایف پیچیدهای را انجام میدهند که سختافزار هنوز نمیتواند. او ادامه داد: “ما میخواهیم آن محاسبات را شناسایی کنیم تا الهامبخش نسل بعدی الگوریتمهای هوش مصنوعی باشیم. نه تنها کارایی آنها، بلکه ظرفیت آنها برای پردازش اطلاعات را نیز بهبود بخشیم.”
شکافتن این فرآیند
برای شروع، این تیم قصد دارد یک ارگانوئید مغزی، یک ساختار سهبعدی و میلیمتری که در آزمایشگاه با استفاده از سلولهای بالغ ساخته شده است، را مطالعه کند. این ساختار شبیه به یک مغز در حال رشد است. این تیم سعی خواهد کرد نورونها را در ارگانوئید سازماندهی کند تا شبیه قشر مغز انسان باشد.
بردیچفسکی میگوید: “در ارگانوئیدها، نورونها به طور تصادفی به هم متصل میشوند. در مغز ما، آنها بسیار منظم هستند و ما برای محاسبات به این کنترل نیاز داریم.”
لسلی چاو، دانشیار مواد و مهندسی زیستی، داربستهای زیستمادهای چاپ سهبعدی را برای قرار دادن صحیح نورونها خواهد ساخت. لسلی توضیح داد: “ما یاد گرفتهایم که میتوانیم اسفروئیدهای عصبی (خوشههایی از انواع مختلف عصبی) را در سوکتهای داربست قرار دهیم، لایهها را روی هم قرار دهیم و اساساً کل ارگانوئید را از پایین به بالا مهندسی کنیم.”
سپس نورونها در معرض تصاویر متحرک ساده قرار میگیرند که از طریق پالسهای نوری منتقل میشوند و نحوه پاسخ سلولها را ثبت میکنند. همچنین آنها به گونهای مهندسی خواهند شد که هنگام فعال بودن روشن شوند، بنابراین دانشمندان میتوانند عکسهای فوری از فعالیت مغز را در زمان واقعی ثبت کنند.
محققان امیدوارند با تجزیه و تحلیل این الگوها ببینند که آیا ارگانوئیدها میتوانند چیزهایی مانند حرکت، سرعت و جهت را تشخیص دهند – وظایفی که برای سیستمهای هوش مصنوعی مانند خودروهای خودران حیاتی هستند.
برای تفسیر نتایج، این تیم الگوریتمهای کامپیوتری را توسعه خواهد داد که رمزگشایی میکنند کدام نورونها شلیک میشوند و این فعالیت به چه معناست. اقدامات حفاظتی اخلاقی نیز بخشی از این طرح است و تضمین میکند که ارگانوئیدها برای نزدیک شدن به آگاهی بسیار کوچک و ساده باقی میمانند.
یک تلاش چند رشتهای
همانطور که بردیچفسکی پیشنهاد کرد، موفقیت این پروژه به این بستگی دارد که محققان در رشتههای مختلف مهندسی چقدر خوب عمل میکنند.
او گفت: “الگوریتمهای محاسباتی، علوم اعصاب، مهندسی زیستی، مهندسی بافت و حتی فلسفه، همه باید با هم کار کنند. این یک تلاش واقعاً چندرشتهای است.”
این پروژه اولین گام در اثبات این است که یک مدل مغز رشد یافته در آزمایشگاه میتواند از محاسبات بیولوژیکی مفید پشتیبانی کند. در صورت موفقیت، میتواند الهامبخش سیستمهای هوش مصنوعی کارآمدتر و قدرتمندتری باشد و به طور بالقوه بسیاری از زمینهها را در این فرآیند متحول کند.
