Учёные научили выращенные в лаборатории мини-мозги распознавать шрифт Брайля

Исследователи из Бристольского университета вырастили из стволовых клеток человека миниатюрные структуры нервной ткани — органоиды переднего мозга — и научили их различать символы шрифта Брайля. Каждый такой органоид размером менее миллиметра содержит около 10 000 нейронов и вспомогательных клеток.

Для эксперимента органоиды размещали на мультиэлектродных матрицах — устройствах, которые одновременно подают электрические импульсы на ткань и фиксируют ответную активность нейронов по всей колонии. Источником данных служил тактильный сенсор Evetac: он сканировал комбинации выпуклых точек, соответствующие 26 буквам шрифта Брайля. Полученную информацию преобразовывали в электрические сигналы — кодировали в амплитуде, частоте и фазе — и подавали на электроды, контактирующие с органоидом.

Возникающую в ответ нейронную активность те же электроды регистрировали и передавали на компьютер, где алгоритм машинного обучения на основе метода опорных векторов (SVM) классифицировал характерные узоры сигналов, пытаясь определить, какая буква была предъявлена.

Один органоид справлялся с задачей с точностью 61%, но когда данные от трёх органоидов объединили, точность распознавания выросла до 83%. Почему совместная работа нескольких структур даёт лучший результат, чем работа одной, учёные пока точно не знают. Одно из предположений — различия в нейронных связях и активности отдельных органоидов позволяют получать взаимодополняющую информацию, подобно тому как несколько наблюдателей с разным взглядом на один объект вместе создают более полную картину.

В дополнительном испытании система с органоидами оказалась устойчивее к искусственным помехам, чем алгоритм, напрямую обрабатывавший зашумлённые данные. Важная оговорка: в ходе эксперимента органоиды не получали обратной связи о правильности распознавания, то есть обучения как такового не происходило — учёные проверяли лишь принципиальную способность живой ткани обрабатывать тактильную информацию.

Почему это важно

Эксперимент относится к области органоидного, или биогибридного, интеллекта — направлению, в котором живые нервные клетки пытаются использовать как вычислительный элемент наряду с традиционными электронными процессорами. Если такие системы смогут эффективно обрабатывать сенсорные данные, это может открыть путь к новым типам вычислительных устройств, работающих по принципам, близким к биологическим.

Пока рано говорить о практическом превосходстве подобных систем над обычными процессорами — это не доказано. Но дальнейшие планы исследователей включают изучение того, как органоиды справляются с другими типами тактильных сигналов, например с информацией о текстуре и границах предметов, а также создание систем с обратной связью, которые смогут по-настоящему обучаться.

Главные цифры

• Менее 1 мм — размер одного органоида нервной ткани
• Около 10 000 нейронов и вспомогательных клеток в составе органоида
• 26 букв шрифта Брайля использовались для тестирования
• 61% — точность распознавания при использовании одного органоида
• 83% — точность при объединении данных трёх органоидов