Cientistas Desenvolveram Em Laboratório Um "minicérebro" Que Pode Aprender

Uma pequena bola branca se move em uma tela preta. Uma figura quadrada simulando uma raquete corre em direção a ela, desferindo um golpe virtual. O jogo de computador “Pong” é um simulador primitivo de tênis de mesa frequentemente usado por cientistas para estudar inteligência artificial. Só que desta vez, o “jogador do dia” não é apenas mais um robô ou mesmo um animal experimental… Mas uma cultura de células nervosas cultivadas em laboratório é um verdadeiro “mini-cérebro” sem o resto do corpo.

“Cérebro em uma placa”

Uma cultura de 800.000 células cerebrais foi cultivada por cientistas da Cortical Labs, uma start-up de biotecnologia especializada na criação de sistemas de computador biológicos. Várias universidades e institutos científicos também aderiram ao trabalho. O projeto recebeu o nome apropriado de “DishBrain” – que se traduz do inglês como “cérebro em uma placa” ou, se um pouco mais precisamente, “cérebro em uma placa de Petri”.

Experimentos semelhantes para criar cérebros em miniatura a partir de células nervosas já foram feitos antes, mas as partidas de pingue-pongue virtuais do DishBrain são a primeira vez que um “cérebro em uma placa” aprendeu a realizar tarefas específicas. E este é um passo muito grande tanto para a medicina quanto para a criação de um tipo completamente novo de sistemas de computador no futuro – trabalhando não em hardware, mas em cérebros vivos.

Os cientistas desenvolveram uma cultura de células “pensantes” a partir de células-tronco humanas que podem se desenvolver em qualquer outro tipo de célula, e as células cerebrais de embriões de camundongos.

Para que o sistema biológico interaja com a realidade, os especialistas criaram uma colônia de neurônios em uma placa de Petri diretamente em uma matriz de microeletrodos, um dispositivo capaz de ler a atividade celular e conduzir sua estimulação elétrica.

Como o “cérebro em uma placa de prata” (ainda) não tem olhos e mãos e, portanto, não pode ver a tela e pressionar os botões, as informações sobre o jogo foram transmitidas a ele por meio de sinais elétricos. Cientistas desenvolveram um programa especial que pode traduzir impulsos de células nervosas em movimentos de raquete na tela – e então enviar informações de volta aos neurônios sobre as mudanças que ocorreram no jogo. Para facilitar a tarefa, os pesquisadores simplificaram um pouco o enredo do jogo: a bola não era rebatida pelo segundo jogador, mas simplesmente voava das paredes virtuais e era refletida pela raquete controlada pelo “DishBrain”.

Como foi a partida de computador?

Impulsos elétricos eram enviados aos neurônios do “mini-cérebro”, pelos quais o “DishBrain” podia navegar no que estava acontecendo no jogo. De qual lado do sistema os eletrodos disparados mostravam o “minicérebro” em que lado da tela a bola virtual estava localizada. E a distância até a raquete foi transmitida às células nervosas usando sinais de diferentes frequências. Recebendo esses “dados de entrada”, os neurônios emitiam impulsos elétricos em resposta, que eram traduzidos em movimentos da raquete na tela – e assim buscavam refletir um golpe virtual.

É claro que, para que “DishBrain” entendesse o que é exigido dele pelos termos do jogo e mostrasse interesse pelos resultados, não foi sem um incentivo adicional – uma espécie de método “cenoura e porrete”.

A estimulação do “cérebro na placa” foi baseada em um padrão previamente esclarecido, segundo o qual as células nervosas tendem a tornar seu ambiente o mais previsível possível e evitar mudanças inesperadas. Portanto, quando os neurônios acertavam a bola virtual com sucesso, o mesmo impulso bem organizado era alimentado pelos eletrodos (com frequência de 100 Hertz e duração de 10 milissegundos) e o jogo continuava do mesmo lugar onde parou, fazendo com que o trajeto da bola fosse mais previsível.

Em uma falha, os neurônios recebiam um sinal elétrico caótico de baixa frequência com duração de 4 segundos – uma espécie de fluxo elétrico de “ruído branco” – e o jogo recomeçava, com a bola voando para fora de um ponto aleatório na tela, fazendo com que o jogo fosse mais imprevisível. Deve-se notar que a capacidade de aprender “DishBrain” mostrou apenas na presença de tal feedback. É compreensível – jogar sem incentivo é como jogar com uma pessoa que não está interessada.

Familiarizando-se com as características do experimento, você pode se preocupar com a ética de tal tratamento de “DishBrain”. No entanto, os especialistas dizem que você não deve se preocupar com as sensações do “minicérebro” durante a estimulação elétrica: ele não está desenvolvido o suficiente para experimentar sentimentos conscientes sobre isso.

“Apesar do fato de que esses neurônios podem mudar suas respostas dependendo da estimulação, eles não são “inteligência em uma placa de uma ficção científica”, disse o Gerente de Programas do UK Dementia Research Institute.

Possibilidades do “DishBrain”

Os leitores impacientes ainda não devem esperar do “cérebro na placa” a capacidade de resolver equações matemáticas complexas ou pilotar naves espaciais – no entanto, as habilidades do “DishBrain” acabaram sendo suficientes para aprender a jogar “Pong” em apenas 5 minutos, superando significativamente o “clássico” em termos de habilidades de inteligência artificial.

Se uma máquina eletrônica precisa de vários milhares de partidas para aprender a jogar “Pong”, então um “minicérebro” vivo conseguiu aprender as regras em apenas 5 a 10 sessões. Mais importante, após 20 minutos de jogo, o “time” de células nervosas já estava jogando muito melhor do que originalmente. Segundo os autores do estudo, isso comprova que o “minicérebro” é capaz de desenvolver, aprender e reorganizar suas células da forma mais conveniente para o trabalho.

Separadamente, os pesquisadores observam que “DishBrain” aprendeu a mover a raquete com antecedência, dependendo de onde a bola voadora estava indo, o que mostra a capacidade do sistema não apenas de responder a incentivos, mas também de prever o desenvolvimento da situação.

Os cientistas confirmaram que, com o passar do tempo, o “minicérebro” de fato começa a mostrar os rudimentos da inteligência primitiva, o que o torna um sistema extremamente promissor para pesquisas futuras. Os neurônios vivos se mostraram um sistema completo capaz de processar informações em tempo real, consumindo pouquíssima energia, o que torna a tecnologia DishBrain também econômica.

“Sabemos que nossos cérebros têm uma vantagem evolutiva, tendo evoluído ao longo de centenas de milhões de anos para sobreviver. Agora parece que temos a capacidade de aproveitar essa inteligência biológica incrivelmente poderosa e barata”, diz o Dr. Adil Razi, um participante do estudo da Australian Monash University.

O grupo de cientistas não parou em um só jogo de computador – e já começou a testar o “DishBrain” em outros simuladores: por exemplo, no jogo primitivo “Project Bolan”, onde um dinossauro virtual pula obstáculos. Segundo um grupo de pesquisadores, os cientistas já receberam “resultados preliminares muito agradáveis”.

Álcool e drogas

A “sedução” dos cientistas experimentais do “minicérebro” não se limitará aos jogos de computador. O próximo item do cronograma DishBrain é álcool e várias drogas: os pesquisadores querem testar como esses produtos químicos afetam o comportamento da cultura neuronal.

Se o “mini-cérebro” ficar “bêbado” como um humano, isso confirmará a possibilidade de usar “DishBrain” como um análogo completo do cérebro humano no decorrer de experimentos médicos. Em uma cultura semelhante, será possível testar diversos tratamentos para doenças do sistema nervoso, como Alzheimer e epilepsia.

Estruturas como o DishBrain podem ser ótimos substitutos para animais de teste em testes de drogas e terapia genética – e poupar aos cientistas o incômodo de criar “gêmeos” computadorizados do sistema nervoso humano para estudar a função cerebral. Tal sistema biológico poderia revelar muitos segredos do funcionamento da mente humana.

perspectivas

“Na verdade, não entendemos completamente como o cérebro funciona”, disse Brett Kagan, pesquisador-chefe da startup, enfatizando o valor da descoberta. Ele também observou que a cultura de células “DishBrain” agora é apropriada para chamar de “cérebro de um ciborgue” – já que com base em tecnologia semelhante no futuro será possível dotar biorrobôs com a mente e criar uma inteligência biológica sintética capaz de realizar cálculos complexos e, provavelmente, ainda mais “inteligentes” do que os computadores existentes, devido a uma forma de aprendizado completamente diferente.

Uma opinião semelhante sobre a criação de “DishBrain” de um colega do Sr. Kagan.

“A ideia de um computador com componentes vivos é incrível e está começando a se tornar realidade”, disse Steve M. Potter, professor do Instituto de Tecnologia da Geórgia. Ressaltando que as habilidades que o “minicérebro” demonstra ainda são muito primitivas, o especialista, no entanto, ressalta a importância do desenvolvimento para o desenvolvimento da ciência experimental.

“Este é o tipo de modelo animal semianimal que pode ser usado para estudar todos os tipos de mecanismos do sistema nervoso, não apenas a capacidade de aprender”, diz o professor.

Preparando o “DishBrain” para um futuro promissor, especialistas irão melhorar o sistema biológico, tornando-o mais acessível e confiável.

Os sistemas de computador mal entraram no uso em massa, e mesmo a inteligência artificial eletrônica ainda não se desenvolveu totalmente, e uma mente sintética feita de células biológicas vivas já está com pressa para substituí-las. É difícil imaginar o que vivenciaremos quando um dia, em vez de microcircuitos e fios, sob o corpo de nosso smartphone, houver neurônios reais – exatamente os mesmos que controlam nossas mentes, capazes de se desenvolver, aprender coisas novas.

Uma coisa é certa com certeza. Esse telefone definitivamente não irá quer ser arranhado ou derrubado.

Fonte: pravda.ru