05.03.2025. - Первый Искусственный биологический интеллект

Первый Искусственный биологический интеллект

Первый в мире "биологический компьютер", который объединяет клетки человеческого мозга с кремниевым оборудованием для формирования гибких нейронных сетей, запущен в коммерческую эксплуатацию, что открывает новую эру технологий искусственного интеллекта. CL1 от австралийской компании Cortical Labs предлагает совершенно новый вид вычислительного интеллекта – более динамичный, устойчивый и энергоэффективный, чем любой существующий в настоящее время искусственный интеллект, – и мы начнем осознавать его потенциал, когда он попадет в руки пользователей в ближайшие месяцы.

Система Cortical CL1, известная как синтетический биологический интеллект (SBI), была официально представлена в Барселоне 2 марта 2025 года и, как ожидается, изменит правила игры в области науки и медицинских исследований. Нейронные сети человеческих клеток, которые формируются на кремниевом "чипе", по сути, представляют собой постоянно развивающийся органический компьютер, и инженеры, стоящие за ним, говорят, что он обучается настолько быстро и гибко, что полностью превосходит чипы искусственного интеллекта на основе кремния, используемые для обучения существующих больших языковых моделей (LLM), таких как ChatGPT.

“Сегодняшний день является кульминацией концепции, которая помогала Cortical Labs в течение почти шести лет", - сказал основатель и генеральный директор Cortical доктор Хон Венг Чонг. "За последние годы мы добились ряда важных открытий, в первую очередь нашего исследования, опубликованного в журнале Neuron, благодаря которому культуры были внедрены в симулированный игровой мир и получили электрофизиологическую стимуляцию и запись, имитирующую аркадную игру Pong. Однако наша долгосрочная миссия состояла в том, чтобы демократизировать эту технологию, сделав ее доступной для исследователей без специального оборудования и программного обеспечения. CL1 является воплощением этой миссии".

Он добавил, что, хотя это и новаторский шаг вперед, система SBI не сможет в полной мере раскрыть свои возможности, пока не попадет в руки пользователей.

"Мы предлагаем "Wetware-как-услугу" (WaaS), - добавил он. – Клиенты смогут приобрести биокомпьютер CL-1 напрямую или просто сэкономить время на чипах, удаленно подключившись к ним для работы с технологией культивирования клеток через облако. "Эта платформа позволит миллионам исследователей, новаторов и видных мыслителей по всему миру воплотить потенциал CL1 в ощутимую, реальную отдачу. Мы предоставим им платформу и поддержку для инвестирования в исследования и разработки, а также для продвижения новых достижений и исследований”.

Эти замечательные биокомпьютеры на основе клеток головного мозга могут произвести революцию во всем - от разработки лекарств и клинических испытаний до создания роботизированного "интеллекта", позволяющего неограниченную персонализацию в зависимости от потребностей. Модель CL1, которая поступит в широкую продажу во второй половине 2025 года, является огромным достижением Cortical, и, как недавно убедился New Atlas, посетив штаб–квартиру компании в Мельбурне, потенциал этой модели гораздо шире, чем у Pong.

Команда прославилась на весь мир в 2022 году, разработав самоадаптирующийся компьютерный "мозг", поместив 800 000 нейронов человека и мыши на чип и обучив эту сеть игре. Новые читатели Atlas, возможно, уже знакомы с Cortical Labs и ее первыми шагами на пути к SBI, а Лоз Блейн рассказывает о ранних достижениях этой самонастраивающейся нейронной сети, способной настраиваться и адаптироваться для создания новых путей обработки информации, реагирующих на стимулы.

“Мы практически рассматриваем это как форму жизни, отличную, скажем, от животного или человека”, - сказал Блейну в 2023 году главный научный сотрудник Бретт Каган. “Мы думаем об этом как о механическом и инженерном подходе к разведке. Мы используем основу интеллекта - биологические нейроны, но собираем их по-новому”.

Компания Cortical Labs прошла долгий путь с момента своего первого важного шага, но в настоящее время уже устарела как в технологическом плане, так и в названии. Теперь, с коммерциализацией CL1, исследователи могут получить практическое представление о технологии и начать изучать широкий спектр реальных применений.

Когда в конце прошлого года компания New Atlas посетила Кагана и его команду в штаб-квартире Cortical Labs в Мельбурне в преддверии этого запуска, мы воочию убедились, как далеко продвинулась биотехнология со времен DishBrain. CL1 оснащен относительно простым и стабильным оборудованием, новыми способами оптимизации "вспомогательного программного обеспечения” – клеток человеческого мозга – и значительными достижениями в области создания нейронной сети, которая работает как полноценный мозг. Или, как объяснил Каган о текущей работе, "Минимально жизнеспособный мозг".

В 2022 году команда продемонстрировала, как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки грызунов и человека (HIPSCS), интегрированные в многоэлектродные матрицы высокой плотности (HD-MEAS), основанные на комплементарной технологии металл-оксид-полупроводник (CMOS), могут быть электрофизиологически стимулированы для создания автономных, высокоэффективных каналов обмена информацией.

Для этого им нужен был способ вознаграждать клетки мозга, когда они проявляли желаемое поведение, и наказывать их, когда они не справлялись с заданием. В экспериментах с DishBrain они доказали, что предсказуемость является ключевым фактором; нейроны ищут связи, которые приводят к энергоэффективным, предсказуемым результатам, и адаптируют свои сети в поисках этого вознаграждения, избегая поведения, которое вызывает случайный, хаотичный электрический сигнал.

Но, как объяснил Каган, это было только начало.

“В текущей версии используется совершенно другая технология”, - сказал Каган Блейну и мне. “В предыдущей версии использовалась так называемая КМОП-матрица, которая, по сути, позволяла считывать данные с действительно высокой плотностью, но она была непрозрачной, и вы не могли видеть ячейки. Были и другие проблемы – например, когда вы проводите стимуляцию с помощью CMOS-чипа, вы не можете снять заряд; вы также не можете сбалансировать заряд. В конечном итоге в местах, где вы проводите стимуляцию в течение длительного периода времени, накапливается заряд, а это довольно вредно для клеток.

“В этих версиях технология намного проще, но это означает, что они намного стабильнее, и у вас гораздо больше возможностей активно балансировать этот заряд”, - добавил он. “Когда вы подаете два микроампера тока, вы можете использовать 2 микроампера тока. И вы сможете дольше сохранять его более стабильным”.

Внутри системы CL1 выращенные в лаборатории нейроны помещаются на плоскую электродную матрицу, или, как объяснил Каган, “в основном это просто металл и стекло”. Здесь 59 электродов формируют основу более стабильной сети, предлагая пользователю высокую степень контроля при активации нейронной сети. Этот "мозг" SBI затем помещается в прямоугольный блок жизнеобеспечения, который затем подключается к программной системе для работы в режиме реального времени.

“Проще всего было бы описать это как корпус в коробке, но в нем есть фильтрация для волн, место для хранения материала, насосы для поддержания циркуляции, смешивания газов и, конечно же, контроль температуры”, - объяснил Каган.

В лаборатории Cortical собирает эти модули для создания первого в своем роде сервера биологических нейронных сетей, состоящего из 30 отдельных модулей, каждый из которых содержит ячейки в своей электродной матрице, которая, как ожидается, будет запущена в эксплуатацию в ближайшие месяцы.

Команда планирует запустить четыре таких стека и сделать их доступными для коммерческого использования через облачную систему до конца года. Ожидается, что стоимость самих устройств для начала составит около 35 000 долларов США (все, что близко к этому виду техники, в настоящее время стоит 80 000 евро, или почти 85 000 долларов США).

Вся стойка устройств CL1 потребляет всего около 850-1000 Вт энергии, полностью программируется и предлагает "двунаправленную стимуляцию и интерфейс считывания, адаптированный для обеспечения нейронной связи и сетевого обучения", - отмечается в пресс-релизе команды. Невероятно, но для работы устройства CL1 также не требуется внешний компьютер.

Сложные, постоянно развивающиеся нейронные сети SBI, которые под микроскопом можно увидеть, как они образуют ответвления от электрода к электроду, обладают потенциалом революционизировать методы исследования в области разработки лекарств и моделирования заболеваний.

“Мы стремимся стать значительно более доступными по цене, и мы действительно хотим снизить цены в долгосрочной перспективе, но это гораздо более долгосрочная перспектива”, - сказал Каган. “В то же время мы предоставляем доступ людям из любой точки мира, кому угодно, из любого дома через облачную систему.

"Таким образом, даже если у вас нет ни одного из этих устройств, - добавил он, - вы можете получить доступ к одному из них из своего дома”.

Проведя нас по лаборатории уровня физической изоляции, или PC2, – где сочетаются компьютерная техника и более традиционные биологические образцы и оборудование, – Каган продемонстрировал нам некоторые из важнейших индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (IPSC) под микроскопом. ИПСК, выращенные в лаборатории из образцов крови, по сути, представляют собой чистые клетки, которые могут превращаться в различные типы клеток.

“Что мы делаем, так это берем их и начинаем использовать два разных метода, чтобы отличить друг от друга”, - объяснил он. “Во-первых, мы можем либо применить небольшие молекулы, что называется протоколом онтогенетической дифференцировки, где мы, по сути, пытаемся имитировать молекулы, которые образуются в утробе матери или, скорее, в развивающемся мозге плода. Другой метод заключается в том, что мы непосредственно дифференцируем их, повышая активность определенных генов, которые задействованы в работе нейронов”.

Один из методов, разработанных командой, быстр и обеспечивает высокий уровень клеточной чистоты, однако его недостатком является то, что он не совсем соответствует человеческому мозгу.

“Мозг не является особо чистым органом; в нем много разных типов клеток, много разных связей", - сказал Каган. "Таким образом, если у вас есть только один тип клеток, у вас может быть этот тип клеток, но у вас нет мозга".

Второй метод, “низкомолекулярный подход”, позволяет получать различные популяции клеток, но часто неясно, с чем именно они работают. И понимание этого имеет решающее значение для продолжающегося амбициозного стремления Cortical к созданию минимально жизнеспособного мозга. Хотя запуск CL1 является первым шагом, команда также усердно работает над следующим этапом SBI.

“Вы можете классифицировать основные клетки, но всегда есть много типов подклеток - и, как мы выяснили, это действительно хорошо, но нам бы очень хотелось иметь полностью контролируемую прямую дифференцировку”, – объясняет он. “Мы просто еще не решили эту проблему: что такое "минимально жизнеспособный мозг”?"

MVB - это интригующая концепция: как создать биоинженерный "мозг", подобный человеческому, с наименьшим количеством избыточной клеточной дифференциации, но такой, который обладал бы сложностью, которой не обладает выращивание нейронной сети, состоящей из однородных типов клеток. Такой инструмент стал бы мощной моделью, позволяющей осуществлять еще больший контроль и детальный анализ, чем то, что в настоящее время возможно в исследованиях, проводимых на реальном мозге.

“По сути, это ключевые биологические компоненты, которые позволяют чему-либо обрабатывать информацию динамичным и отзывчивым образом в соответствии с основополагающими принципами”, - пояснил Каган. “Один нейрон может выполнять множество функций, и хотя он может реагировать на некоторую степень динамического поведения, он не может, например, ориентироваться в окружающей среде. Самый маленький из известных нам работающих мозгов имеет 301 или 302 – в зависимости от того, кого вы спрашиваете, – нейрона, и это у C. elegens. Но каждый из этих нейронов действительно очень специфичен.

“И еще один вопрос: является ли мозг C. elegens минимально жизнеспособным? Нужны ли вам все эти нейроны или вы могли бы достичь этого с помощью, ну, знаете, 30 нейронов, которые все связаны уникальным образом?” он продолжил. (Этот организм, конечно же, является любимой нематодой научного мира, Caenorhabditis elegans.) “И если это так, можете ли вы создать более сложную сеть из 100 000 нематод из тех же 30? Мы пока не знаем ответа ни на один из этих вопросов, но с помощью этой технологии мы можем найти его.

“По мере продвижения мы начинаем добавлять в эту культуру все больше и больше типов клеток, но одна вещь, которая нас сдерживает, - это инструменты”, - сказал он. “Модуль [CL1] не существовал до тех пор, пока мы его не создали, и вам нужен подобный инструмент, чтобы ответить на такие вопросы, как "Каков минимальный жизнеспособный мозг?"" Если у вас есть 120 устройств, вы можете провести по-настоящему хорошо контролируемые эксперименты, чтобы понять, что именно влияет на проявление интеллекта. Вы можете проанализировать все на транскриптомном и генетическом уровнях, чтобы понять, какие гены и какие белки на самом деле заставляют одних людей учиться, а других - нет. И когда у вас будут все эти устройства, вы сможете сразу же приступить к разработке лекарств и моделированию заболеваний”.

Это особенно важно для исследований в области улучшения методов лечения или даже излечения от таких состояний, как эпилепсия, болезнь Альцгеймера и других заболеваний, связанных с мозгом. В то же время ожидается, что система CL1 значительно продвинет исследования в области заболеваний и терапии.

“Подавляющее большинство лекарств от неврологических и психиатрических заболеваний, которые проходят клинические испытания, терпят неудачу, потому что существует гораздо больше нюансов, когда речь заходит о мозге, но вы действительно можете увидеть эти нюансы, когда тестируете их с помощью этих инструментов", – пояснил он. “Мы надеемся, что сможем заменить этим значительные области тестирования на животных. К сожалению, тестирование на животных по-прежнему необходимо, но я думаю, что во многих случаях его можно заменить, и это хорошо с этической точки зрения".

Этика этой технологии была в центре внимания Cortical – статья о прорыве 2022 года вызвала множество споров вокруг нее, особенно в области человеческого "сознания" и "чувствительности". Однако для обеспечения этичного использования устройств CL1 и удаленного доступа к WaaS установлены все возможные ограждения.

"В зависимости от местоположения и конкретных случаев использования требуется множество разрешений регулирующих органов", - отмечается в заявлении команды о запуске. "Регулирующими органами могут быть учреждения здравоохранения, комитеты по биоэтике и правительственные организации, осуществляющие надзор за биотехнологиями или медицинскими устройствами. Соблюдение этих правил имеет важное значение для обеспечения ответственного и этичного использования биологических компьютерных технологий".

Но, являясь мировым лидером в этой амбициозной технологии, Cortical знает, что, как и в случае быстрого развития небиологического искусственного интеллекта, предсказать широкое применение SBI непросто. И еще одной проблемой, с которой сталкивается компания, является финансирование – то, что может измениться с внедрением CL1 в качестве реальной, пригодной для использования технологии.

“Трудность, которую я постоянно слышу [от инвесторов], заключается в том, что мы не вписываемся в рамки”, - сказал нам Каган, когда мы сняли лабораторные халаты, сетки для волос и маски и перебрались на диван в компьютерном зале наверху. – А мы этого не делаем - мы являемся технологией, которая пересекает множество различных границ. Если вы посмотрите на приоритетные отрасли, то мы можем охватить все, начиная от возможностей биотехнологий, робототехники, медицины и ряда других областей. Мы не совсем искусственный интеллект, мы не совсем медицина – мы можем заниматься и искусственным интеллектом, и медициной, но мы не являемся ни тем, ни другим. Поэтому нас часто исключают."

Таким образом, запуск физической системы CL1 и Cortical Cloud для удаленного использования WaaS является огромным достижением, и Каган и его команда с нетерпением ждут, чего сможет добиться SBI, когда она окажется в руках людей.

"CL1 - это первый коммерческий биологический компьютер, разработанный специально для оптимизации коммуникации и обработки информации с нейронными культурами in vitro", - отметили в команде. "CL1 со встроенной системой жизнеобеспечения для поддержания здоровья клеток обладает значительными возможностями в области медицинской науки и техники.

"SBI по своей сути более естественен, чем искусственный интеллект, поскольку использует тот же биологический материал – нейроны, которые лежат в основе интеллекта живых организмов", – добавил Кортикал. "Используя нейроны в качестве вычислительной основы, SBI обладает потенциалом для создания систем, которые демонстрируют более органичные и естественные формы интеллекта по сравнению с традиционным ИИ на основе кремния".

Источник