Клетки мозга мыши и человека в лабораторной посуде учатся играть в видеоигру Pong: Shots

Тарелка живых клеток мозга научилась играть в аркадную игру в 1970-х годах. бонг.

Около 800 000 клеток, подключенных к компьютеру, постепенно научились определять местоположение электронного мяча и управлять виртуальной ракеткой. отчеты в журнале нейрон.

Новое достижение является частью попытки понять, как обучается мозг и как сделать компьютеры умнее.

«Мы добились больших успехов в кремниевых вычислениях, но они по-прежнему жесткие и негибкие», — говорит он. Бретт Каган, автор исследования и главный научный сотрудник Cortical Labs в Мельбурне, Австралия. «Это то, чего мы не видим в биологии».

Например, говорит Каган, и компьютеры, и люди могут научиться заваривать чай. Но люди способны обобщать то, что они узнали, так, как компьютер не может.

«Возможно, вы никогда раньше не бывали в чужом доме, но после небольшого исследования и осмотра вы, вероятно, сможете приготовить чашку чая, если у меня есть ингредиенты», — говорит он. Но даже очень мощный компьютер с трудом справится с этой задачей в незнакомой среде.

Итак, Cortical Labs пытается понять, как живые клетки мозга приобретают такой интеллект. Каган говорит, что эксперимент Понга позволил компании ответить на ключевой вопрос о том, как сеть клеток мозга учится изменять свое поведение:

«Если мы позволим этим клеткам узнать результат своих действий, смогут ли они на самом деле каким-то образом целенаправленно измениться», — говорит Каган.

Чтобы выяснить это, ученые использовали разработанную ими систему под названием DishBrain.

На этом изображении, полученном с помощью сканирующего электронного микроскопа, показана культура нейронов, растущая на многоэлектродной матрице высокой плотности. Эта система позволила исследователям обучить нейроны играть в видеоигру Pong.

корковые параметры

READ  Мощный солнечный взрыв, заснятый космическим кораблем на солнечной энергии


Скрыть заголовок

Переключатель титров

корковые параметры


На этом изображении, полученном с помощью сканирующего электронного микроскопа, показана культура нейронов, растущая на многоэлектродной матрице высокой плотности. Эта система позволила исследователям обучить нейроны играть в видеоигру Pong.

корковые параметры

Слой живых нейронов выращивается на специальном силиконовом чипе на дне чашки размером с большой палец, наполненной питательными веществами. Чип, связанный с компьютером, может обнаруживать электрические сигналы, генерируемые нейронами, и передавать им электрические сигналы.

Чтобы проверить способность клеток к обучению, компьютер создал Pong, двухмерную версию настольного тенниса, ставшую культовой как одна из первых и самых простых видеоигр.

На видеоэкране играют в настольный теннис. Черный прямоугольник определяет стол, а белый указатель представляет собой ракетку каждого игрока, которую можно перемещать вверх или вниз, чтобы перехватить белый мяч.

В упрощенном варианте, использованном в эксперименте, с левой стороны виртуального стола находилась одна ракетка, а шарик был отделен от других сторон, чтобы не касаться ракетки.

Чтобы позволить клеткам мозга играть в игру, компьютер посылал им сигналы, указывающие, где находится прыгающий мяч. При этом она стала отслеживать информацию, поступающую от клеток в виде электрических импульсов.

«Мы взяли эту информацию и позволили ей повлиять на игру в понг, в которую они играли», — говорит Каган. «Чтобы они могли переместить ракетку».

Сначала клетки не понимали сигналов компьютера или знали, какие сигналы посылаются в другую сторону. У них также не было причин играть в эту игру.

Поэтому ученые попытались стимулировать клетки с помощью электрической стимуляции: хорошо упорядоченного всплеска электрической активности, если они все сделают правильно. Когда они ошибались, результатом был хаотичный поток белого шума.

READ  Вулкан Тонга выбросил в атмосферу беспрецедентное количество воды

«Если они бьют по мячу, мы даем им что-то предсказуемое, — говорит Каган. «Когда они пропустили это, они получили что-то совершенно непредсказуемое».

Стратегия была основана на принцип свободной энергии, в котором говорится, что клетки мозга хотят иметь возможность предсказывать, что происходит в окружающей их среде. Поэтому они предпочтут предсказуемый стимул неожиданному.

Подход удался. Клетки начали учиться генерировать паттерны электрической активности, которые перемещали ракетку перед мячом, и кластеры постепенно занимали больше времени.

Клетки мозга никогда не имели такого уровня качества в игре в понг. Но что интересно, клетки человеческого мозга, по-видимому, достигли чуть более высокого уровня игры, чем клетки мозга мыши, говорит Каган.

И уровень игры был отличным, учитывая, что каждая сетка содержит меньше клеток, чем мозг таракана, говорит Каган.

«Если вы видели таракана, играющего в понг, и он смог ударить по мячу в два раза больше, чем промахнулся, вы будете очень впечатлены этим тараканом», — говорит он.

Полученные данные указывают на будущее, в котором биология поможет компьютерам стать умнее, изменив способ их обучения, говорит Каган.

Но до этого будущего может быть еще далеко, говорит он. Стив М ПоттерД., доцент Технологического института Джорджии.

«Идея компьютера с некоторыми живыми компонентами захватывающая, и она начинает воплощаться в жизнь», — говорит он. «Однако виды обучения, которые могут быть достигнуты с помощью этих вещей, на данный момент очень примитивны».

Однако Поттер говорит, что система, позволяющая клеткам обучаться понгу, может стать отличным инструментом для проведения исследований.

«Это своего рода модель полуживого животного, которую можно использовать для изучения всех видов механизмов в нервной системе, а не только для обучения», — говорит он.

READ  Потрясающее изображение космического телескопа Джеймса Уэбба вызвало научное безумие

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.