Информационните технологии винаги са се опитвали да уподобят най-съвършения модел от природата: човешкия мозък. И ето че са на път да го направят още по-успешно. Да създадат компютър, който се крепи на живи човешки мозъчни клетки!

Какво ще се случи, ако съберем накуп най-доброто от двата свята? От биологичното, с неговата еволюционната оптималност, инстинктивна и креативна несъвършеност, и технологичното със способността му да извежда закономерности и да доразвива?

Биокомпютрите изглеждат като логичното бъдеще и неслучайно в тази посока са насочили погледите си много от хората, които рисуват утрешния ден. Сериозни научни пробиви и успешни стартъпи през последните години показват, че може би в тази посока се задава следващият голям технологичен пробив. Ето какви са аргументите.

За един промит мозък

Какво е „компютър“? Думата е нова и модерна, нали? Всъщност е използвана за първи път през… 1613-а, по това време Шекспир е на върха на славата си, а докато стигнем до „отрочето“ на Джон Атанасов, ще изминат столетия. Идва от латинското „смятам“, по този начин поетът Ричард Братуейт нарича хората, способни да решават по-бързо от останалите математически задачи.

В новото ѝ измерение тя се появява малко преди края на ХХ век – като „машина, която изчислява“. И ето че днес имаме компютри навсякъде, в телефона в джоба си, в часовника, в машината, която ни таксува в трамвая и тази, която брои бюлетините (поне в цивилизования свят)..

През последните десетилетия изживяхме бума на компютрите, базирани на силициеви чипове. Те се развиха по изумителен начин, не спирайки пътя си нагоре по закона на Мур. Умножаваха постоянно своите възможности, изчислителната им мощ не спираше да расте експоненциално, независимо от войни, епидемии и финансови кризи.

И все пак има доста индикации, че този тип технологии са близо до предела на своите възможности. А както казва и Рей Кърцуайл, когато дадена технология достигне лимита си, естествено се появява следващата, която да поеме щафетата. Дали пък не е време да обърнем погледа си обратно… към природата?!

Илюстрациите показват как MidJourney си представя бъдещите биологични компютри.

Разум и чувства

Знаете ли какъв е капацитет за съхраняване на информация на собствения ви мозък? Минимум 2500 терабайта данни според изчисления на учени от университета „Джонс Хопкинс“!

При това в неврони с минимални размери, способни сме да обработваме данните изумително бързо и оптимизирано. Имаме пред очите си (или по-скоро зад) една съвършена машина за обработка на информация (независимо дали я ползваме, за да правим света по-добро място, или да се дърляме във фейсбук).

Изкуствен интелект. Въпреки огромния бум в това направление, мозъкът си остава най-ефективната структура за обработка на данни във Вселената. И може би е време именно към неговите възможности да обърнем поглед. Към концепцията да претворим в компютри живи клетки, за да създадем изобретение, способно да „мисли“, да се опитаме да уподобим идеалния пример…

Чипове от живи клетки. Звучи научнофантастично и същевременно толкова логично!

Мисля, следователно изчислявам

Но как да го направи? Учените имат доста идеи в тази посока.

Единият вариант е да се опитаме да наподобим начина, по който мозъкът ни работи, другият – да се опитаме да решаваме задачите, които той по принцип решава. Силното и слабото направление в разработването на изкуствения интелект, за които подробно и достъпно разказа проф. Преслав Наков.

И така, идеята е да уподобим мозъка, но как да стане на практика? Как да създадем някаква миниатюрна единичка „мозък“, която после да надграждаме? При чиповете е относително ясно, винаги опираме до бинарния код – единици или нули. Тук не е, затова и в първите си опити да създадат нещо подобно, но биологично, учените се разделиха по три пътя.

Биохимичното направление се опитва да го постигне, като по някакъв начин подаде входната информация и задвижи изчисляването, така че накрая да получи ново вещество, което да казва дали резултатът е нула или единица. Биохимичната посока се опитва да постигне същото, но анализирайки формите на молекулата или групата от молекули, които се получават като резултат. Биоелектронните компютри като идея най-много се приближават до познатите ни устройства, но разчитайки на улавянето на промени в електрическата проводимост – така, както се случва и в силициевия свят.

Мозък в масло

Може би сте чували за квантовите компютри. През последните години това направление се развива главоломно, като се оказа, че за да напреднем в света, в който освен единици и нули, има и нещо по средата, се налага да променим изцяло светогледа и подхода.

Е, с биокомпютрите е логично да се случи същото. Има много различни подходи и най-вероятно няма как да не се мине без изцяло нова парадигма. А може би това, че вече имаме част от познанието, ще ни е от полза?

Няма ли и други подходи? Има, при това толкова много, колкото стига (или поне едно време стигаше) фантазията на фантастите, която днес, като че ли, е поета от учените. Например, през 2021 г. екип, начело с биофизика Санграм Багх успя да обучи бактерията ешерихия коли да решава малък пъзел с 2 на 2 градивни части.

Битове и неврони

Дали не сме се ограничили до силиция, пропускайки много различни възможности за създаване на изчислителни машини, които са по-естествени?

Голяма част от надеждите да превърнем биологичните клетки в градивни единици на изчислителни машини се опират на технологията CRISPR. Нашумелият метод за манипулиране на ДНК (за който със сигурност ще стане дума по-подробно в следваща Дигитална история) вече показа, че е възможно клетки да бъдат обработвани генетично така, че да правят изчисления, като извеждат в резултат от манипулациите конкретни протеини.

Мозъчко

Не е фантастика и напредъкът в тази област напоследък. През март учени от университета „Джонс Хопкинс“ показаха за първи път колко близо сме до биологичните компютри. С помощта на култури, изолирани от човешките мозъчни клетки, те успяха да „отгледат“ клетъчни култури, способни да смятат.

За целта се създават органоиди – структури, които няма как да изпълняват всички функции, както истински биологичен орган, но са способни да решават дадена задача. Те представляват биологични тъкани, които се създават в лаборатории, като за основа най-често се използват стволови клетки, а в случая целта е да се наподобят мозъчните клетки. Според учените, когато тази технология напредне, органоидите ще могат да бъдат дори по-ефективни от настоящите компютърни процесори. А особено ценни ще са именно в направлението, което днес изживява толкова голям бум – изкуствения интелект.

Ето че в този контекст дори и самият термин някак си намира своето по-точно олицетворение…

Всеки от ума си пати

„В момента достигаме физическите граници на силиконовите компютри, защото не можем да опаковаме повече транзистори в малък чип“, казва Томас Хартунг, един от учените в екипа. „Човешкият мозък работи изключително ефективно при обработката на информация, при ученето. Доста е изкушаващо да използваме и да моделираме уменията му така, че да имаме система, която да работи по-бързо и ефективно от днешните компютри“.

„Органоиден интелект“ – OI вместо AI предлагат учените.

Органоидите реагират на химически и електрически стимули и са способни да правят елементарни изчисления. Предишни подобни проекти бяха развили новите компютърни единици дотам, че да играят пинг-понг. Може би не е случайно, че това занимание е толкова популярно и сред програмистите…

Колко са дребни? За момента миниатюрни, дълги само 4 милиметра, едва една трилионна от размера на човешкия мозък… но ако способните им са съпоставими, това прави 800 мегабайта памет!

Малкият мозък

Разбира се, в момента по-скоро всичко е в сферата на мечтите. Както казват и самите изследователи, те имат късмета да се намират в една област на науката, която тепърва ще поставя своите реални основи. Ако днес имаме едва 50 000 клетки в един подобен органоид, за да постигнем целта според проф. Хартунг са ни нужни поне 10 милиона.

Все още се търси оптималният подход, по който да се подават входните и да се получават изходните данни – до момента по-скоро имаме само индикации за нещо, подобно на електронните системи.

Но ако успеем да го постигнем? Ами ако наистина органоидите се окажат способни да решават задачи, а и да работят заедно? Освен че ще имаме нова форма на компютри и нова парадигма в рабработките на изкуствен интелект, ще научим много повече за начина, по който работят собствените ни мозъци. А всичко това може да се окаже от полза и за успешното лекуване на редица неврологични заболявания, чиито механизми все още не познаваме достатъчно.

Акъл море

Първите органоиди за създадени през 2010 г. от японски учени, изследващи стволовите клетки. Пробивът е голям, защото за първи път имаме не просто живи клетки, каквито са ни нужни, а и структура, в която те се събират и си взаимодействат.

„Ясно е, че все още сме в самото начало“, казва проф. Хартунг, „Но в тази посока вече работят водещи учени в големи екипи. Вярваме, че ще разработим технология, която ще е в основата на новата ера на бързите, мощни и ефикасни биокомпютри“.

„Докато силициевите компютри със сигурност са по-добри в числата, мозъкът е по-добър в ученето“, казва Хартунг. „Например AlphaGo – изкуственият интелект, който пръв победи човека в древната японска игра го, беше обучен на данни от 160 000 игри. Един човек би трябвало да играе по пет часа на ден в продължение на повече от 175 години, за да „събере“ толкова игри.

Мозъкът също има невероятен капацитет за съхраняване на информацията. Достигаме физическите граници на силициевите компютри, защото не можем да съберем повече транзистори в малък чип. Докато той работи по съвсем различен начин. В него има около 100 млрд. неврона, свързани с над 10¹⁵ синапса. Това е огромна разлика във възможностите в сравнение със сегашната ни технология“.

Естествен интелект

Идеята, разбира се, не е нова. Още преди 20 години неврони на плъхове, отгледани в лаборатория, бяха свързани към система, която им позволи да управляват робот. Разработката на Университета в Джорджия привлече погледите… а после за нея не се чу нищо повече. Дали и тук ще се случи нещо подобно?

Ами ако продължим нататък и… си имате собствен компютър, базиран конкретно на нашите собствени мозъчни клетки? Ако се научим да извличаме стволови клетки от всеки индивид и после да създаваме биокомпютър на базата на тях?

А дали уподобявайки мозъка, няма като последствие да уподобим и чувствата? И здравия разум, разсъдъка…? Онова, което ни прави хора и досега все още не е по силите дори на най-напредналите ни технологии?

Мечтите са безплатни. В света на технологиите, където всичко се развива толкова бързо, си струва да гледаме крачка напред. И докато все още алгоритмите правят грешки и не сме намерили начин добре да уподобим мозъка… може би си струва да държим във форма собствения си такъв. И да го използваме по предназначение, със или без новите технологии.