ساخت یک بیوکامپیوتر به یاری بافت مغز! - مجله سیاران

محققان توانستند راهی برای ادغام دو حوزه بیولوژی و الکترونیک پیدا نمایند. دستاورد این پژوهش، یک بیوکامپیوتر ترکیبی است که بافت مغز انسان را در آزمایشگاه با مدارهای معمولی و هوش مصنوعی ترکیب می نماید. این سیستم که Brainoware یا مغزافزار نام دارد، در آزمایش محققان صداها را با دقت 78 درصد تشخیص می دهد. این دستاورد می تواند روزی به ایجاد ریزتراشه های سیلیکونی با قابلیت ترکیب با نورون ها منجر گردد.

براساس مقاله منتشرشده در نیچر، سیستم مغزافزار Brainoware خوشه های ارگانوئید مغز را با مدارهای الکترونیکی معمولی ترکیب می نماید. خوشه های ارگانوئید مغز درواقع از سلول های بنیادی انسان مشتق می شوند و به نوعی یک مغز کوچک پر از نورون هستند. برای ساختن این مغزافزار، محققان یک ارگانوئید منفرد را روی صفحه ای حاوی هزاران الکترود برای اتصال مغز به مدارهای الکتریکی قرار دادند. این مدارها با ارگانوئید مغز ارتباط گرفتند و اطلاعات ورودی را به الگوی پالس های الکتریکی ترجمه کردند.

ترکیب ارگانوئیدهای مغز و وسایل الکترونیکی

یکی از ارگانوئیدهای مغز در آزمایشگاه (عکس بالا) و اسکن فعالیت نورونی آن (عکس پایین)

مغز انسان بسیار شگفت انگیز است. به طور میانه 86 میلیارد نورون و حداکثر یک کوادریلیون سیناپس در مغز وجود دارد. هر نورون به 100 هزار نورون دیگر متصل است و دائما نیز با یکدیگر ارتباط برقرار می نمایند. در سال 2013، کامپیوتر K Riken، که در آن موقع یکی از قدرتمندترین ابررایانه های دنیا بود، کوشش کرد تا عملکرد مغز را تقلید کند. با 82944 پردازنده و یک پتابایت حافظه، 40 دقیقه طول کشید تا یک ثانیه از فعالیت تنها یک تا دو درصد از مغز انسان را شبیه سازی کند.

در سال های اخیر، دانشمندان و مهندسان سعی نموده اند با طراحی سخت افزار و الگوریتم هایی که ساختار و نحوه عملکرد مغز را تقلید می نمایند، به توانایی های مغز دست یابند. این محاسبات به عنوان محاسبات نورومورفیک شناخته می گردد و با وجود پیشرفت های اخیر، آموزش شبکه های عصبی مصنوعی بسیار زمان بر است.

محققان در پژوهش فعلی، ارگانوئیدهای مغزی Brainoware را با استفاده از یک نوع شبکه عصبی مصنوعی به نام محاسبات مخزن به مجموعه ای از میکروالکترودها با چگالی بالا متصل کردند. تحریک الکتریکی اطلاعات را به ارگانوئید منتقل می نماید.

لایه های پردازشگر ورودی و خروجی از سخت افزارهای معمولی کامپیوتر استفاده می نماید. این لایه ها باید برای تعامل با ارگانوئید آموزش داده می شدند؛ لایه خروجی داده های عصبی را می خواند و براساس ورودی، اطلاعات را طبقه بندی یا پیش بینی می کرد.

برای آزمایش این سیستم، محققان 240 کلیپ صوتی از هشت سخنران را به Brainoware دادند و از آن خواستند صدای یک فرد خاص را شناسایی کند. پس از دو روز آموزش، Brainoware توانست صدای گوینده را با دقت 78 درصد تشخیص دهد.

هنوز محدودیت های قابل توجهی مانند موضوع زنده نگه داشتن ارگانوئیدها و اندازه مصرف انرژی تجهیزات جانبی پیرامون این فناوری وجود دارد، اما با درنظرگرفتن ملاحظات اخلاقی، Brainoware نه تنها برای محاسبات، بلکه برای درک اسرار مغز انسان نیز کاربرد دارد.

227227