Первый в мире биологический компьютер учится играть в Doom

Мельбурнский стартап заявил, что создал первый в мире биологический компьютер, который может выполнять код, используя живые клетки человеческого мозга вместо кремниевых чипов.

Компания продемонстрировала возможности системы, заставив ее сыграть в шутер от первого лица 1993 года «Doom». В 2022 году Cortical Labs уже привлекла к себе внимание, подключив около 800 000 клеток мозга к компьютеру и научив их играть в «Понг». Теперь компания заявляет, что ее новая система CL1 — это большой шаг вперед.

Если «Понг» был простой игрой с вводом и выводом данных, то «Дум» требует пространственного мышления, исследования окружения и принятия решений в режиме реального времени.

«Понг был намного проще. Там была прямая зависимость: мяч летел вверх, ракетка поднималась вверх. Это была прямая зависимость между входом и выходом», — заявили исследователи из Cortical Labs. «Doom — это хаос. Это 3D. Там есть враги. Нужно исследовать окружение, и это непросто».

Новый уровень развития технологий

Чтобы решить эту проблему, компания разработала метод преобразования цифровой среды игры в электрические сигналы, которые могут интерпретировать нейроны. Преобразуя видеопоток игры в паттерны электростимуляции, разработчики передавали информацию непосредственно в биологические клетки. Реакция нейронов использовалась для управления внутриигровыми действиями.

«Если нейроны возбуждаются определенным образом, мозг стреляет, — объяснили ученые. — Если они возбуждаются по-другому, он двигается вправо и так далее».

По словам представителей компании, машина CL1 позволяет разработчикам взаимодействовать с живыми клетками через интерфейс прикладного программирования (API) с помощью стандартных команд Python. Компания считает, что таким образом решается ключевая «проблема взаимодействия» между биологией и программным обеспечением.

Биологическая система пока не способна конкурировать с игроками-людьми. Команда признала свои текущие ограничения.

«Можно ли сказать, что это киберспортивный чемпион? Конечно, нет, — сообщили разработчики. — Но они показывают, что могут выслеживать врагов, стрелять и уворачиваться. И хотя они часто погибают, они учатся».

Биологическая адаптивность

Утверждение о том, что живые клетки можно обучить взаимодействовать со сложной цифровой средой, способствует более широкой научной дискуссии о природе интеллекта и ограничениях традиционных вычислительных систем. Компания Cortical Labs утверждает, что биологические системы обладают адаптивностью, которой не хватает кремниевым компьютерам, в частности способностью обобщать знания в различных контекстах.

«Мы добились огромных успехов в области кремниевых вычислений, но они по-прежнему жесткие и негибкие, — сказал Бретт Каган, главный научный сотрудник Cortical Labs, имея в виду более раннее исследование компании под названием «Pong», опубликованное в журнале Neuron. — С биологией дело обстоит иначе».

Выбор игры «Doom» в качестве эталона был обусловлен не только научными соображениями. С тех пор как в 1997 году компания id Software опубликовала исходный код игры, она стала своеобразным интернет-челленджем, проверкой возможностей творческой инженерии на нестандартных платформах. Энтузиасты запускали игру на таких устройствах, как тесты на беременность, банкоматы, калькуляторы и тракторы.

В недавнем эксперименте Лорен Рамлан, аспирантка Массачусетского технологического института, специализирующаяся на биотехнологиях, запустила Doom на экране, созданном из клеток кишечной палочки. В этой установке бактериальные клетки использовались в качестве пикселей, каждый из которых мог светиться или тускнеть, отображая графику игры.

Игра выдавала примерно один кадр каждые девять часов, и, по оценкам Рамлана, на ее прохождение ушло бы около 599 лет. Для сравнения: нейронная система Cortical Labs работает значительно быстрее.

«Нам еще многое предстоит сделать, но мы решили проблему интерфейса, — заявили в Cortical Labs. — Теперь мы можем взаимодействовать с этими клетками в режиме реального времени и обучать их выполнять различные действия — даже играть в Doom».

Компания пока не опубликовала рецензируемое исследование о возможностях системы CL1.