Dish Brain
il chip AI con cellule cerebrali umane
può giocare a Pong
La corsa verso l’intelligenza artificiale (IA) avanzata sta prendendo una nuova e intrigante direzione.
I ricercatori della Monash University in Australia hanno sviluppato un chip AI che chiamano “Dish Brain”composto parzialmente da cellule cerebrali umane e parzialmente da cellule cerebrali di topo, una prodezza che, secondo gli scienziati, permette al chip di imparare compiti assegnati con una velocità sorprendente
Il sistema Dish Brain è più o meno esattamente quello che sembra: 800.000 neuroni umani e di topo cresciuti in coltura e montati su schiere di microelettrodi in grado di leggere la loro attività e stimolarli con segnali elettrici.
In lavori precedenti, questo tipo di configurazioni è stato utilizzato per studiare lo sviluppo neurologico e le malattie , ma questa è la prima volta che a questi cervelli cresciuti in laboratorio è stato insegnato a svolgere un compito specifico.
Il dott. Adeel Razi, coautore dello studio, ha affermato:
“Questa nuova capacità di insegnare alle colture cellulari a svolgere un compito in cui esibiscono sensibilità – controllando la paletta per restituire la palla attraverso il rilevamento – apre nuove possibilità di scoperta che avranno conseguenze di vasta portata per la tecnologia, la salute e la società”
Il professor Karl Friston, coautore dello studio, ha dichiarato:
“L’aspetto bello e pionieristico di questo lavoro si basa sul dotare i neuroni di sensazioni – il feedback – e, soprattutto, la capacità di agire sul loro mondo”
“Sorprendentemente, le culture hanno imparato a rendere il loro mondo più prevedibile agendo di conseguenza.
Questo è notevole perché non puoi insegnare questo tipo di auto-organizzazione; semplicemente perché, a differenza di un animale domestico, questi mini cervelli non hanno alcun senso di ricompensa e punizione”.
I ricercatori dello studio affermano che il nuovo lavoro può aiutare a migliorare la nostra comprensione del cervello umano, utilizzando un modello più accurato rispetto alle simulazioni al computer.
I prossimi passi consistono nell’indagare sugli effetti di droghe e alcol sui neuroni.
Università di Monash
su Dish Brain
Comunicato stampa
Un team guidato da Melbourne ha dimostrato per la prima volta che 800.000 cellule cerebrali che vivono in un piatto possono svolgere compiti mirati, in questo caso il semplice gioco per computer simile al tennis, Pong.
I risultati dello studio sono stati pubblicati oggi sulla rivista Neuron .
Ora scopriranno cosa succede quando il loro Dish Brain è influenzato da farmaci e alcol.
“Abbiamo dimostrato che possiamo interagire con i neuroni biologici viventi in modo tale da costringerli a modificare la loro attività, portando a qualcosa che assomiglia all’intelligenza”, afferma l’autore principale, il dottor Brett Kagan, che è Chief Scientific Officer della start-up biotecnologica Cortical Labs., dedicato alla costruzione di una nuova generazione di chip per computer biologici.
I suoi coautori sono affiliati alla Monash University, alla RMIT University, all’University College London e al Canadian Institute for Advanced Research
“DishBrain offre un approccio più semplice per testare come funziona il cervello e ottenere informazioni su condizioni debilitanti come l’epilessia e la demenza”, afferma il dott. Hon Weng Chong, amministratore delegato di Cortical Labs.
Mentre da tempo gli scienziati sono in grado di montare i neuroni su array multi-elettrodo e leggere la loro attività, questa è la prima volta che le cellule vengono stimolate in modo strutturato e significativo.
“In passato, i modelli del cervello sono stati sviluppati in base a come gli scienziati informatici pensano che il cervello potrebbe funzionare”, dice Kagan.
“Questo di solito si basa sulla nostra attuale comprensione della tecnologia dell’informazione, come il calcolo del silicio.
“Ma in verità non capiamo davvero come funziona il cervello.”
Costruendo in questo modo un cervello modello vivente a partire da strutture di base, gli scienziati saranno in grado di sperimentare utilizzando la funzione cerebrale reale piuttosto che modelli analoghi imperfetti come un computer.
Kagan e il suo team, ad esempio, sperimenteranno successivamente per vedere quale effetto ha l’alcol quando viene introdotto in DishBrain.
“Stiamo cercando di creare una curva dose-risposta con l’etanolo – fondamentalmente li facciamo ‘ubriacare’ e vediamo se giocano più male, proprio come quando le persone bevono”, dice Kagan.
Ciò potenzialmente apre la porta a modi completamente nuovi di comprendere ciò che sta accadendo con il cervello.
“Questa nuova capacità di insegnare alle colture cellulari a svolgere un compito in cui esibiscono sensibilità – controllando la paletta per restituire la palla attraverso il rilevamento – apre nuove possibilità di scoperta che avranno conseguenze di vasta portata per la tecnologia, la salute e la società”. afferma il dott. Adeel Razi, direttore del Computational & Systems Neuroscience Laboratory della Monash University.
“Sappiamo che i nostri cervelli hanno il vantaggio evolutivo di essere sintonizzati per centinaia di milioni di anni per la sopravvivenza.
Ora, sembra che abbiamo a portata di mano dove possiamo sfruttare questa intelligenza biologica incredibilmente potente ed economica”.
I risultati sollevano anche la possibilità di creare un’alternativa ai test sugli animali quando si studia come i nuovi farmaci o le terapie geniche rispondono in questi ambienti dinamici.
“Abbiamo anche dimostrato che possiamo modificare la stimolazione in base a come le cellule cambiano il loro comportamento e farlo in un circuito chiuso in tempo reale”, afferma Kagan.
Per eseguire l’esperimento, il team di ricerca ha prelevato cellule di topo da cervelli embrionali e alcune cellule cerebrali umane derivate da cellule staminali e le ha cresciute su array di microelettrodi che potrebbero stimolarle e leggere la loro attività.
Gli elettrodi a sinistra oa destra di un array sono stati sparati per dire a Dishbrain da che parte si trovava la palla, mentre la distanza dalla paletta era indicata dalla frequenza dei segnali.
Il feedback degli elettrodi ha insegnato a DishBrain come restituire la palla, facendo agire le cellule come se fossero esse stesse la paletta.
“Non siamo mai stati in grado di vedere come si comportano le cellule in un ambiente virtuale”, afferma Kagan.
“Siamo riusciti a costruire un ambiente a circuito chiuso in grado di leggere ciò che accade nelle cellule, stimolarle con informazioni significative e quindi modificare le cellule in modo interattivo in modo che possano effettivamente alterarsi a vicenda”.
“L’aspetto bello e pionieristico di questo lavoro si basa sul dotare i neuroni di sensazioni – il feedback – e, soprattutto, la capacità di agire sul loro mondo”, afferma il coautore, il professor Karl Friston, neuroscienziato teorico presso l’UCL di Londra.
“Sorprendentemente, le culture hanno imparato a rendere il loro mondo più prevedibile agendo di conseguenza.
Questo è notevole perché non puoi insegnare questo tipo di auto-organizzazione; semplicemente perché, a differenza di un animale domestico, questi mini cervelli non hanno alcun senso di ricompensa e punizione”, dice.
“Il potenziale traslazionale di questo lavoro è davvero entusiasmante: significa che non dobbiamo preoccuparci di creare ‘gemelli digitali’ per testare gli interventi terapeutici.
Ora abbiamo, in linea di principio, l’ultima “sandbox” biomimetica in cui testare gli effetti delle droghe e delle varianti genetiche – una sandbox costituita esattamente dagli stessi elementi informatici (neuronali) che si trovano nel tuo cervello e nel mio”.
La ricerca supporta anche il “principio dell’energia libera” sviluppato dal professor Friston.
“Abbiamo affrontato una sfida quando stavamo cercando di istruire le cellule a seguire un certo percorso.
Non abbiamo accesso diretto ai sistemi della dopamina o a qualsiasi altra cosa che potremmo usare per fornire incentivi specifici in tempo reale, quindi abbiamo dovuto approfondire ulteriormente ciò con cui lavora il professor Friston: l’entropia dell’informazione – un livello fondamentale di informazioni su come il sistema potrebbe auto-organizzarsi per interagire con il suo ambiente a livello fisico.
“Il principio dell’energia libera propone che le cellule a questo livello cerchino di ridurre al minimo l’imprevedibilità nel loro ambiente”.
Kagan afferma che una scoperta entusiasmante è stata che DishBrain non si comportava come i sistemi basati sul silicio.
“Quando abbiamo presentato informazioni strutturate a neuroni disincarnati, abbiamo visto che hanno cambiato la loro attività in un modo molto coerente con il loro comportamento reale come un sistema dinamico”, afferma.
“Ad esempio, la capacità dei neuroni di cambiare e adattare la propria attività a seguito dell’esperienza aumenta nel tempo, in linea con ciò che vediamo con il tasso di apprendimento delle cellule”.
Chong dice che era eccitato dalla scoperta, ma era solo l’inizio.
“Questo è un territorio nuovo di zecca e vergine.
E vogliamo che più persone partecipino e collaborino con questo, per utilizzare il sistema che abbiamo creato per esplorare ulteriormente questa nuova area della scienza”, afferma.
“Come ha detto uno dei nostri collaboratori, non capita tutti i giorni di svegliarsi e poter creare un nuovo campo della scienza.”
