นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยบริสตอลได้แสดงให้เห็นว่ากลุ่มเซลล์สมองของมนุษย์ที่ปลูกในห้องปฏิบัติการสามารถรับ ประมวลผล และส่งต่อข้อมูลการสัมผัสได้อย่างน่าเชื่อถือ โดยใช้ตัวอักษรอักษรเบรลล์เป็นสัญญาณทดสอบ การศึกษาซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Frontiers in Artificial Intelligence กำลังถูกเรียกเก็บเงินว่าเป็นก้าวสำคัญสำหรับคอมพิวเตอร์ไบโอไฮบริดที่แต่งงานกับเนื้อเยื่อประสาทที่มีชีวิตด้วยเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์

งานวิจัยนี้ตั้งคำถามง่ายๆ ที่เป็นหัวใจสำคัญของความฉลาดแบบออร์แกนอยด์ นั่นคือ เนื้อเยื่อสมองชิ้นเล็กๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นบางส่วนสามารถถ่ายทอดข้อมูลที่ได้รับได้อย่างแม่นยำหรือไม่ เพื่อค้นหาคำตอบ ทีมจากบริสตอลนำโดยผู้เขียนคนแรก Tianyi Liu ผู้สมัครระดับปริญญาเอก และผู้เขียนอาวุโส ดร. Benjamin Ward-Cherrier ได้เชื่อมต่อออร์การอยด์ในสมองกับเซ็นเซอร์สัมผัสจริง และถามว่าข้อมูลที่มีความหมายสามารถกู้คืนได้จากอีกด้านหนึ่งหรือไม่ For more context on this story, see our ongoing artificial intelligence updates.

“เราสามารถนำข้อมูลจากเซ็นเซอร์สัมผัสจริง เปลี่ยนให้เป็นรูปแบบที่โครงข่ายประสาทเทียมที่มีชีวิตสามารถรับได้ จากนั้นจึงกู้คืนข้อมูลที่มีความหมายจากการตอบสนองออร์แกนอยด์” หลิวกล่าวในประกาศผลการวิจัยของมหาวิทยาลัย “นั่นทำให้เรามีวิธีปฏิบัติในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ประดิษฐ์กับระบบประสาททางชีวภาพ ซึ่งเป็นเส้นทางที่เป็นไปได้ที่น่าสนใจมากไปสู่การประมวลผลที่ประหยัดพลังงานมากขึ้น”

วิธีสร้าง Blob of Cells อ่าน

สารอินทรีย์ที่เป็นศูนย์กลางของการทดลองนั้นอยู่ไกลจากสมองจิ๋ว แต่ละเซลล์มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่ถึง 1 มิลลิเมตร ขาดโครงสร้างหลายอย่างที่พบในสมองของมนุษย์ และมีเซลล์ประสาทประมาณ 10,000 เซลล์พร้อมกับเซลล์รองรับ ซึ่งจำลองมาจากสมองส่วนหน้าของมนุษย์ พวกเขานั่งอยู่บนอาร์เรย์หลายขั้วภายในระบบที่ช่วยให้เนื้อเยื่อมีชีวิตอยู่ในขณะที่ตรวจสอบการตอบสนองทางไฟฟ้า ทำให้นักวิจัยสามารถกระตุ้นและบันทึกกิจกรรมของระบบประสาทได้

โปรโตคอลการทดสอบติดตามสัญญาณจากการสัมผัสไปยังเนื้อเยื่อจนถึงการจำแนกประเภท ขั้นแรก ทีมงานใช้เซ็นเซอร์สัมผัสกับตัวอักษรอักษรเบรลล์ 26 ตัว โดยบันทึกข้อมูลแต่ละตัวอักษรที่สร้างขึ้น ข้อมูลดังกล่าวถูกแปลงเป็นรูปแบบการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า ซึ่งถูกส่งไปยังสารอินทรีย์ จากนั้นนักวิจัยได้ตรวจสอบว่ากิจกรรมของระบบประสาทที่เกิดขึ้นสามารถเปิดเผยจดหมายฉบับใดที่ถูกนำเสนอได้หรือไม่ ซึ่งผลก็คือว่าเนื้อเยื่อได้ 'อ่าน' สัญญาณที่ได้รับหรือไม่

การถอดรหัสตกไปที่เครื่องเวกเตอร์ที่รองรับ ซึ่งเป็นอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องอย่างง่ายที่จัดเรียงรูปแบบของกิจกรรมทางประสาทและจับคู่กับตัวอักษรเฉพาะ ออร์แกนอยด์ตัวเดียวสร้างสัญญาณที่สามารถถอดรหัสได้อย่างต่อเนื่องประมาณ 61% ของเวลา เมื่อเอาเอาท์พุตของออร์การอยด์สามตัวมารวมกัน ความแม่นยำเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 83%

ออร์แกนอยด์สามอันเอาชนะหนึ่ง — และไม่มีใครแน่ใจว่าทำไม

ผลการวิจัยทั้งมวลถือเป็นหนึ่งในข้อค้นพบที่น่าสนใจที่สุด นักวิจัยยังไม่สามารถอธิบายได้ทั้งหมดว่าทำไมออร์การอยด์สามตัวจึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าอันเดียว แม้ว่าพวกเขาจะสงสัยว่าคำตอบนั้นอยู่ในความแปรผันตามธรรมชาติ นั่นคือไม่มีออร์การอยด์สองตัวที่พัฒนาไปในเส้นทางเดียวกันทุกประการ

“สารอินทรีย์ที่แตกต่างกันอาจมีการเชื่อมต่อเครือข่าย สถานะการพัฒนา และกิจกรรมที่กำลังดำเนินอยู่แตกต่างกันเล็กน้อย ดังนั้นข้อมูลเดียวกันจึงสามารถสร้างการตอบสนองที่คล้ายกันแต่ไม่เหมือนกัน” หลิวกล่าว "การรวมการตอบสนองเหล่านั้นเข้าด้วยกันอาจให้ข้อมูลเสริมแก่เราซึ่งเราจะไม่ได้รับจากออร์แกนอยด์เพียงตัวเดียว ขณะเดียวกัน หากออร์แกนอยด์ทุกตัวมีพฤติกรรมแตกต่างกัน ก็เห็นได้ชัดว่าจะทำให้การสร้างระบบที่คาดเดาได้และเป็นมาตรฐานได้ยากขึ้น"

ทีมงานยังเน้นย้ำถึงผลลัพธ์ของเนื้อเยื่อด้วย เมื่อนักวิทยาศาสตร์เพิ่มสัญญาณรบกวนเทียมให้กับสัญญาณอักษรเบรลล์ การถอดรหัสจากการตอบสนองของออร์การอยด์นั้นยากต่อการถอดรหัสมากกว่าการถอดรหัสสัญญาณที่เสื่อมคุณภาพโดยตรงด้วยอัลกอริธึมเดียวกัน หลังจากประมวลผลโดยออร์การอยด์ ข้อมูลจะคงโครงสร้างไว้เพียงพอสำหรับตัวแยกประเภทในการเลือกตัวอักษรที่ถูกต้องได้ดีกว่าอินพุตที่มีสัญญาณรบกวนแบบดิบที่อนุญาต

“หลังจากประมวลผลโดยออร์การอยด์แล้ว ข้อมูลสัมผัสยังคงมีข้อมูลเพียงพอที่จะจำแนกตัวอักษรอักษรเบรลล์ได้อย่างแม่นยำ” วอร์ด-เชอร์ริเออร์กล่าว "การรวมผลลัพธ์จากออร์แกนอยด์หลายชนิดเข้าด้วยกันยังแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพอีกด้วย"

เหตุใดคอมพิวเตอร์ชีวภาพจึงล่อลวงนักวิจัย

แรงจูงใจคือพลังงาน สมองของมนุษย์ทำงานประมาณ 20 วัตต์ในขณะที่ทำการคำนวณที่ต้องการกระแสไฟฟ้ามากขึ้นจากฮาร์ดแวร์ทั่วไป ซึ่งเป็นช่องว่างที่กว้างขึ้นเมื่อศูนย์ข้อมูล AI ทวีคูณ ชิป Neuromorphic พยายามจับประสิทธิภาพของสมองในซิลิคอน และความฉลาดทางออร์แกนอยด์เป็นตัวแทนของการเดิมพันแบบเดียวกันที่รุนแรงกว่า: ใช้เซลล์ประสาทจริงแทนที่จะเลียนแบบพวกมัน

การใช้งานที่มีศักยภาพมุ่งเน้นไปที่หุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ ซึ่งทุกวัตต์มีความสำคัญและการตรวจจับสัมผัสเป็นสิ่งสำคัญ เซ็นเซอร์ที่สามารถถ่ายโหลดการประมวลผลสัญญาณไปยังเซลล์ประสาทที่มีชีวิต หรือวันหนึ่งก่อตัวเป็นวงปิดกับพวกมัน สามารถเปลี่ยนงบประมาณด้านพลังงานของเครื่องจักรที่ต้องรับรู้และตอบสนองแบบเรียลไทม์

คำเตือนก่อนที่พาดหัวข่าวจะหมดไป

ทีมงานบริสตอลมีความชัดเจนเกี่ยวกับสิ่งที่การทดลองไม่แสดง สารอินทรีย์ไม่ได้เรียนรู้ พวกเขาตอบสนองต่อการกระตุ้น แต่นักวิจัยไม่ได้แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงในระยะยาวในเนื้อเยื่อ งานนี้เป็นแบบสัมผัสเดียว โดยใช้รูปแบบการเข้ารหัสแบบตายตัวและการวัดกิจกรรมของระบบประสาทที่ค่อนข้างง่าย

“เราแสดงให้เห็นว่าข้อมูลสัมผัสสามารถเข้ารหัส ประมวลผลผ่านออร์การอยด์ และถอดรหัสได้ แต่เราไม่ได้แสดงให้เห็นถึงการเรียนรู้หรือการเปลี่ยนแปลงในระยะยาวในออร์การอยด์” หลิวกล่าว

ทีมงานกล่าวว่าขั้นตอนต่อไปคือไปให้ไกลกว่าอักษรเบรลล์ นักวิจัยมีความสนใจในอินพุตสัมผัสที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น เช่น พื้นผิวและขอบ และในที่สุดในงานแบบวงปิดที่ออร์แกนอยด์ได้รับการตอบรับจากผลที่ตามมาของเอาท์พุตของมันเอง ซึ่งเป็นโครงร่างที่จะเริ่มทดสอบว่าเนื้อเยื่อที่มีชีวิตสามารถปรับตัวเข้ากับงานได้หรือไม่ แทนที่จะเพียงแค่ส่งผ่านมันเท่านั้น

สำหรับตอนนี้ ผลลัพธ์ถือเป็นข้อพิสูจน์ทางวิศวกรรม: สัญญาณจากโลกทางกายภาพสามารถเข้าสู่เนื้อเยื่อประสาทที่มีชีวิตและกลับมารับรู้ได้ในอีกด้านหนึ่ง นั่นยังห่างไกลจากคอมพิวเตอร์ไบโอไฮบริด แต่เป็นเหตุการณ์สำคัญที่ไม่สวยงาม เช่น การถ่ายทอดที่เชื่อถือได้ ความแม่นยำที่วัดได้ และแถบข้อผิดพลาดที่เที่ยงตรง ซึ่งการปฏิวัติการประมวลผลก่อนหน้านี้ก็ถูกสร้างขึ้นเช่นกัน

---

Stay Ahead of AI

Get the latest AI news, analysis, and breakthroughs — all in one place.

Read more AI news →