Pierwszy na świecie procesor z ludzkiej tkanki mózgowej. Zużywa milion razy mniej energii

To wydarzenie o ogromnym znaczeniu, otwierające drzwi do zupełnie nowej ery technologicznej. Wyobraźmy sobie komputery, które wykorzystują moc ludzkiego mózgu do rozwiązywania problemów, których rozwiązanie jest niemożliwe dla tradycyjnych procesorów. Neuroplatformy mogą zrewolucjonizować wiele dziedzin, od medycyny po sztuczną inteligencję.

Założona w 2014 r. przez Freda Jordana i Martina Kuttera z siedzibą w Vevey firma FinalSpark postawiła sobie za cel opracowanie pierwszego na świecie żywego procesora wykorzystującego organoidy ludzkiego mózgu.

Podstawowa koncepcja polega na wykorzystaniu żywych neuronów do wykonywania obliczeń, podobnie jak obecnie wykorzystuje się sztuczne sieci neuronowe.

Więcej o technologii i ludzkim mózgu przeczytasz na Spider`s Web:

Aby tworzyć modele sztucznej inteligencji wykorzystujące procesory krzemowe, musimy je szkolić z wykorzystaniem ogromnych ilości danych. Im więcej danych, tym lepszy model. Doskonale ilustruje to obecny sukces dużych modeli językowych, takich jak ChatGPT. Imponujące możliwości takich modeli wynikają z faktu, że do ich szkolenia wykorzystano ogromne ilości danych.

Im więcej danych wykorzystamy do nauczania cyfrowej sztucznej inteligencji, tym stanie się ona lepsza, ale jednocześnie potrzebna będzie większa moc obliczeniowa. A to wiąże się z produkcją dużej ilości CO2.

Sztuczna inteligencja nie jest obecnie największym źródłem emisji CO2, ale biorąc pod uwagę boom na duże modele AI, które opierają się na przetwarzaniu ogromnych ilości danych, można spodziewać się, że problem produkcji CO2 przez centra danych będzie narastał bardzo szybko. 

Według szacunków Final Spark, szkolenie popularnego modelu GPT-3, który zasilał ChatGPT w pierwszych dniach jego działania, pochłonęło 10 GWh energii. To aż 6000 razy więcej energii niż przeciętne Europejczyk zużywa w ciągu całego roku. A to dopiero początek.

I tu na scenie pojawiają się właśnie Szwajcarzy, którzy twierdzą, że uruchomili pierwszą na świecie platformę do bioprzetwarzania, w której to organoidy ludzkiego mózgu zamiast krzemowych chipów wykonują zadania obliczeniowe.

Według firmy Final Spark zużywają milion razy mniej energii niż ich krzemowe odpowiedniki. 

Final Spark stworzył układ zwany układami wieloelektrodowymi (MEA), w którym umieszczane są tkanki mózgowe. Każdy MEA ma cztery organoidy mózgowe, które łączą się z ośmioma elektrodami. Elektrody te pełnią podwójną rolę: stymulują organoidy i rejestrują przetwarzane przez nie dane. 

Przesyłanie danych odbywa się poprzez przetworniki cyfrowo-analogowe o rozdzielczości 16 bitów i częstotliwości 30 kHz. System mikroprzepływowy zapewnia podtrzymanie życia MEA, a kamery mogą monitorować ich ogólne działanie. 

Od strony programowej Neuroplatforma zawiera stos ułatwiający wprowadzanie zmiennych do obliczeń oraz odczyt i interpretację danych wyjściowych.

Organoid mózgowy, wykorzystywany w procesorze, został zbudowany z 10 000 żywych neuronów i ma średnicę około 0,5 mm. W ciągu ostatnich trzech lat za pomocą Neuroplatformy wykorzystano ponad 1000 organoidów mózgowych, co umożliwiło zebranie ponad 18 terabajtów danych. Wyniki badań opublikowane zostały w magazynie Frontiers in Artificial Intelligence.

Organoidy mózgowe okazują się być wyjątkowo wydajne, osiągając wyniki znacznie lepsze niż tradycyjne metody obliczeniowe. Mimo wielu zalet - niezwykłej szybkości działania i efektywności energetycznej, przed naukowcami jeszcze wiele pracy.

Organoidy mózgowe to grudki komórek nerwowych. Można jest stworzyć gdy komórki macierzyste rosną w określonych warunkach. W 2006 r. dr Shinya Yamanaka i jego zespół z Uniwersytetu w Kioto w Japonii po raz pierwszy odnieśli sukces w przeprogramowaniu dorosłych komórek somatycznych (takich jak komórki skóry) w indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC).

Ta rewolucyjna technika pozwala tym komórkom zachowywać się jak embrionalne komórki macierzyste, zdolne do różnicowania się w niemal każdy typ komórek, w tym neurony. Odkrycie to przyniosło mu także Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny w 2012 r.

Następnie naukowcy stworzyli dzięki tej technice złożone trójwymiarowe modele ludzkiego mózgu, czyli organoidy mózgowe. Te "minimózgi" mogą umożliwić naukowcom zrozumienie rozwoju ludzkiego mózgu na poziomie komórkowym i molekularnym. To właśnie te organoidy mózgowe FinalSpark postanowił wykorzystać wykonywania obliczeń.