החוקרים הראו כי תאי מוח לומדים מהר יותר ומבצעים רשת מורכבת בצורה יעילה יותר מאשר למידת מכונות על ידי השוואה בין מערכת האינטליגנציה הביולוגית הסינתטית (SBI) המכונה 'Dishbrain' והן אלגוריתמים של RL (למידת חיזוק), מגיבים לגירויים מסוימים.
המחקר, 'פלסטיות דינמית של רשת ויעילות מדגם בתרבויות עצביות ביולוגיות: מחקר השוואתי עם למידת חיזוק עמוקה'הוא הראשון הידוע מסוגו.
את המחקר הוביל מעבדות קליפת המוח, הסטארט-אפ מבוסס מלבורן שיצר את המחשב הביולוגי המסחרי הראשון בעולם, ה- CL1. ה- CL1, דרכו נערך המחקר, ממזג נוירונים מעובדים במעבדה מתאי גזע אנושיים עם סיליקון קשה כדי ליצור צורה מתקדמת ובת קיימא יותר של AI, המכונה "אינטליגנציה ביולוגית סינתטית" (SBI).
המחקר בדק את דינמיקת הרשת המורכבת של מערכות עצביות חוץ-גופיות באמצעות Dishbrain, המשלבת תרבויות עצביות חיות עם מערכים רב-אלקטרודות בצפיפות גבוהה בסביבות משחק סגורות בזמן אמת. על ידי הטמעת פעילות דוקרנית במרחבים ממדיים נמוכים יותר, המחקר נבדל בין תנאי 'מנוחה' ל'משחקים ', וחשף דפוסים בסיסיים חיוניים לניטור ומניפולציה בזמן אמת.
הניתוח מדגיש שינויים דינמיים בקישוריות במהלך המשחק, ומדגיש את הפלסטיות היעילה ביותר של רשתות אלה בתגובה לגירויים. כדי לחקור אם זה היה משמעותי בהקשר רחב יותר, החוקרים השוו את יעילות הלמידה של מערכות ביולוגיות אלה עם אלגוריתמים RL העמוקים החדישים כמו DQN, A2C ו- PPO בסימולציה של פונג.
בכך הצליחו החוקרים להציג השוואה משמעותית בין מערכות עצביות ביולוגיות ל- RL עמוק, והגיעו כי כאשר הדגימות מוגבלות למסלול זמן אמיתי בעולם, אפילו תרבויות ביולוגיות פשוטות מאוד אלה הצליחו לבצע את אלגוריתמי ה- RL העמוקים על פני מאפייני ביצועים שונים של משחק, מה שמרמז על יעילות מדגם גבוהה יותר.
את המחקר הובל על ידי מעבדות קליפת המוח, בשילוב עם מכון טרנר לבריאות המוח והנפש, אוניברסיטת מונאש, קלייטון, אוסטרליה; האקדמיה לחקר IITB-Monash, מומבאי, הודו; והמרכז Wellcome להדמיית עצבים אנושית, אוניברסיטת קולג 'לונדון, בריטניה.
ברט קגן, קצין מדעי ראשי במעבדות קליפת המוח, העיר: "אמנם התקדמות משמעותית נעשתה בתחום ה- AI בשנים האחרונות, אך אנו מאמינים כי אינטליגנציה בפועל אינה מלאכותית. אנו מאמינים כי אינטליגנציה בפועל היא ביולוגית. במחקר זה, אנו מתכוונים לחקור האם מערכות למידה ביולוגיות יסודיות משיגות רמות ביצועים שיכולות להתחרות עם התנהלותה של תוצאות מעודדות של התנהגות מעודדת. צעד חשוב ומרגש במסע ההוא.
"פריצת דרך זו הייתה נקודת הוכחה קריטית שהובילה ליצירה בסופו של דבר של ה- CL1, המחשב הביולוגי הראשון בעולם, לגישה למאפיינים אלה. עם זאת, זו תחילת המסע, ולא הסוף. באמצעות מחקר נוסף על אינטליגנציה ביו -הנדסה (BI) אנו מאמינים שנוכל לפתוח יכולות שעוברות כל דבר שהפגין עד כה."
בהתבסס על הפריצה המקורית, והשקת ה- CL1, מעבדות קליפת המוח השיקה מאמר שני – 'שני כבישים התפשטו: מסלולים לרתום אינטליגנציה בתרבויות תאים עצביים ' – הצעת גישה חדשה לייצור מכשירים חכמים הנקראים אינטליגנציה ביו -הנדסה (BI).
העניין בשימוש בתרביות תאים עצביים חוץ -גופיים המגולמים בתוך נופי מידע מובנים גדל במהירות. בין אם ליישומי ביו -רפואיים, מדע בסיסי או יישומי עיבוד מידע ויישומי מודיעין, מערכות אלה מחזיקות בפוטנציאל משמעותי. נכון לעכשיו, מאמצים מתואמים ביססו את תחום המודיעין האורגני (OI) כמסלול אחד.
עם זאת, באופן ספציפי ניתן למנף מעגלים עצביים הנדסיים כדי להוליד מסלול אחר, אותו מציע העיתון להיות אינטליגנציה ביו -הנדסה (BI). מאמר המחקר בוחן את ההזדמנויות ואת האתגרים השוררים של OI ו- BI, ומציע מסגרת להמשגת גישות שונות אלה באמצעות תרבויות תאים עצביים חוץ גופיים לעיבוד מידע ואינטליגנציה.
בכך, BI פורמלית כמסלול חדשני מובהק שיכול להתקדם במקביל ל- OI. בסופו של דבר, מוצע כי בעוד שניתן להשיג צעדים משמעותיים קדימה עם כל מסלול, הסמיכות של התוצאות מכל שיטה תמקסם את ההתקדמות בכיוון המרגש ביותר, אך בר -קיימא,.
"המטרה שלנו הייתה לחרוג מהפגנות אנקדוטליות של למידה ביולוגית ולספק הוכחות קפדניות וכמותיות לכך שרשתות עצביות חיות מציגות ארגון מחדש מהיר ומסתגל בתגובה לכיבוי גירויים שנותרו מחוץ להישג ידם למערכות הלמידה המתקדמות ביותר של חיזוק עמוק," הוסיף Foragh Habibolhi של Cortical Labs. "בעוד שלעתים קרובות סוכנים מלאכותיים דורשים מיליוני שלבי אימונים כדי להראות שיפור, תרבויות עצביות אלה מסתגלות הרבה יותר מהר, ומארגנות מחדש את פעילותן בתגובה למשוב. על ידי ניתוח האופן בו האותות החשמליים שלהם התפתחו עם הזמן, מצאנו דפוסים ברורים של למידה ושינויי קישוריות דינאמיים המשקפים עקרונות מפתח של תפקוד מוח אמיתי, ומדגימים את הפוטנציאל של מערכות ביולוגיות כמתבניות, לומדים היעילים."
מעבדות קליפת המוח, Moin Khajehnejad הוסיף: "על ידי המרת פעילות דוקרנית גבוהה-ממדית לייצוגים פרשניים וממדיים נמוכים, הצלחנו לחשוף את דפוסי הפלסטיות הפנימית ואת התצורה מחדש של הרשת המלוות למידה בתרבויות עצביות ביולוגיות. אלה לא היו רק הבדלים סטטיסטיים; הם היו ארגון מחדש אמיתי, פונקציונאלי, שהקפידו מקבילים לשיפורים בביצועי המשימה לאורך זמן.
"מה שהופך את המחקר הזה לפורץ דרך באמת הוא שזה הראשון שמבסס מידה ראשית בראש בין מערכות ביולוגיות סינתטיות לבין RL עמוק תחת אילוצי דגימה שווים. כאשר ההזדמנויות ללמוד מוגבלות, מצב קרוב יותר לאופן שבו בעלי חיים ובני אדם לומדים בפועל, מערכות ביולוגיות אלה לא רק מתאימות מהירות יותר אלא עושות כך בצורה נוירת ומרגשת.
תמיכה במעבדות קליפת המוח:
"מחקר זה מחזק את המקרה לאינטליגנציה ביו -הנדסית כמצע עוצמתי ומסתגל לחישוב. אינטליגנציה ביו -הנדסית יכולה לעצב מחדש את האופן בו אנו חושבים על מכונות – ומוחות. עבודה זו רומזת על מערכות חיות שיכולות לזרוק מכונות." – אדיאל רזי, מכון טרנר לבריאות מוח ונפש, בית הספר למדעים פסיכולוגיים, אוניברסיטת מונאש, קלייטון, אוסטרליה.
פרופסור מירלה דוטורי, ראש מעבדת תאי גזע ומודלים עצביים, בית הספר למדעי הרפואה, הילידים והבריאות, אוניברסיטת וולונגונג, הוסיף: "מחקרי המחקר של מעבדות קליפת המוח סוללות את הדרך קדימה בגבול חדש ומלהיב למדעי המוח, לפיה מפותחים מודלים עצביים במבחנה ומוחלטת כדי להתמודד עם כמה מההיבטים המורכבים ביותר של תפקוד מוחי – למידה וזיכרון – שניהם מרכיבים עיקריים של אינטליגנציה. עם זאת, טכנולוגיית CL1 מגדירה את המדידה של מידת המוח, עם זאת, זה של תפקוד המוח, נקבע בגישה אינטראקטיבית ודינאמית.
HIDEAKI YAMAMOTO, פרופסור חבר במכון המחקר לתקשורת חשמלית, אוניברסיטת טוהוקו, העיר: העיר: "מערכות ביולוגיות סינתטיות אלה בוודאי יספקו גישה חדשה להבנת המצע הפיזי של חישוב המוח. יתרה מזאת, הן עשויות לפתוח סוג חדש של מחשוב, במיוחד במשימות שהמוח מצטיין בהן. CL1 יהיה פלטפורמה חזקה לבניית החזון הזה. כאשר פגשתי את הצוות לראשונה לפני שלוש שנים, הם התחיל לדון ברעיון של בניית מערכת משלהם. מרשים. "
