Ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα σε εργαστήριο έμαθαν να παίζουν το βιντεοπαιχνίδι «Doom»

Ένα μικροσκοπικό σύμπλεγμα ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων κατάφερε να παίξει το κλασικό βιντεοπαιχνίδι «Doom». Αν και οι επίδοσή τους δεν ήταν αντίστοιχη με αυτή ενός… ολόκληρου ανθρώπου, θεωρείται σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη βιολογικών υπολογιστών με πρακτικές εφαρμογές.

Το εγχείρημα ανήκει στην αυστραλιανή εταιρεία Cortical Labs, η οποία το 2021 είχε παρουσιάσει ένα νευρωνικό σύστημα ικανό να παίζει το απλούστερο παιχνίδι «Pong». Τότε, οι ερευνητές είχαν χρησιμοποιήσει περισσότερα από 800.000 ζωντανά εγκεφαλικά κύτταρα, καλλιεργημένα πάνω συστοιχίες μικροηλεκτροδίων που μπορούν να στέλνουν και να λαμβάνουν ηλεκτρικά σήματα. Οι ερευνητές έπρεπε να εκπαιδεύσουν προσεκτικά τα τσιπ για να ελέγχουν τις ρακέτες και στις δύο πλευρές της οθόνης (βλ. το παρακάτω βίντεο).

Σήμερα, η εταιρεία έχει αναπτύξει μια νέα διεπαφή που επιτρέπει τον προγραμματισμό των βιολογικών αυτών τσιπ μέσω της γλώσσας Python, καθιστώντας τη διαδικασία πολύ πιο προσβάσιμη, αναφέρει το New Scientist. Ένας ανεξάρτητος προγραμματιστής, ο Sean Cole, κατάφερε μέσα σε περίπου μία εβδομάδα να διδάξει στο σύστημα να αλληλεπιδρά με το «Doom», ένα παιχνίδι σαφώς πιο πολύπλοκο, που απαιτεί ταυτόχρονη αντίληψη χώρου, γρήγορες αποφάσεις και συντονισμό. Σύμφωνα με τον Brett Kagan της Cortical Labs, η διαφορά με το προηγούμενο πείραμα είναι εντυπωσιακή.

«Σε αντίθεση με το Pong, που χρειάστηκε χρόνια επίπονης επιστημονικής προσπάθειας, αυτή η επίδειξη ολοκληρώθηκε σε λίγες ημέρες από κάποιον με περιορισμένη εμπειρία στη βιολογία», σημειώνει.

Το νευρωνικό τσιπ υπολογιστή, το οποίο χρησιμοποίησε περίπου το ένα τέταρτο των νευρώνων που χρησιμοποιήθηκαν στην επίδειξη του «Pong», έπαιξε το «Doom» καλύτερα από έναν παίκτη που πυροβολούσε τυχαία, αλλά πολύ κάτω από την απόδοση των καλύτερων ανθρώπινων παικτών (βλ. το παρακάτω βίντεο). Ωστόσο, το σύστημα έδειξε ότι μαθαίνει ταχύτερα από πολλά παραδοσιακά συστήματα μηχανικής μάθησης βασισμένα σε πυρίτιο. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι με πιο εξελιγμένους αλγόριθμους μάθησης οι επιδόσεις θα μπορούσαν να βελτιωθούν.

Οι επιστήμονες επισημαίνουν ότι δεν έχει νόημα να συγκρίνεται ένα τέτοιο σύστημα με τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Παρότι αποτελείται από ζωντανά κύτταρα, χρησιμοποιείται ουσιαστικά ως ένα βιολογικό υλικό επεξεργασίας πληροφορίας, με ιδιότητες που δεν μπορούν να αναπαραχθούν εύκολα σε συμβατικά κυκλώματα.

Η σημασία του πειράματος

«Το “Doom” είναι πολύ πιο περίπλοκο από τις προηγούμενες επιδείξεις και η επιτυχής αλληλεπίδραση με αυτό υπογραμμίζει τις πραγματικές προόδους στον τρόπο με τον οποίο μπορούν να ελέγχονται και να εκπαιδεύονται τα ζωντανά νευρωνικά συστήματα», λέει ο Andrew Adamatzky από το Πανεπιστήμιο της Δυτικής Αγγλίας στο Μπρίστολ.

Ο Yoshikatsu Hayashi από το Πανεπιστήμιο του Ρέντινγκ εκτιμά ότι τέτοιες επιδείξεις φέρνουν τη βιολογική υπολογιστική πιο κοντά σε εφαρμογές όπως ο έλεγχος ρομποτικών βραχιόνων – ένα πεδίο στο οποίο η ομάδα του ήδη πειραματίζεται με παρόμοια συστήματα βασισμένα σε υδρογέλη. «Το να παίζεις “Doom” είναι σαν μια απλούστερη εκδοχή του ελέγχου ενός ολόκληρου βραχίονα», παρατηρεί.

Πέρα από το εντυπωσιακό στοιχείο, το πραγματικό ενδιαφέρον βρίσκεται αλλού: στην ικανότητα ενός βιολογικού συστήματος να διαχειρίζεται πολυπλοκότητα, αβεβαιότητα και λήψη αποφάσεων σε πραγματικό χρόνο – προκλήσεις που θα κληθούν να αντιμετωπίσουν οι μελλοντικοί υβριδικοί υπολογιστές.