Neuroner skapade i laboratorium och kopplade till ett chip kan känna igen mänskliga röster

Människa-maskin fusion är en alltmer nära och konkret verklighet tack vare utvecklingen av artificiell intelligens. Nu har en grupp forskare skapat ett hybridsystem som kan utföra taligenkänning. Låt oss ta reda på mer om detta.

Artificiell intelligens och cerebrala organoid

Freepik

Artificiell intelligens är ett område inom datavetenskap  som syftar till att utveckla system och algoritmer som kan utföra uppgifter som kräver mänsklig intelligens. Dessa system kan lära av data, förstå naturligt språk och interagera med sin omgivning. AI kan anta många olika former, inklusive expertsystem, maskininlärningsalgoritmer och neurala nätverk, eller kombinera olika tekniker för att lösa specifika uppgifter och problem. 

Nu har en ny studie presenterat och visat att hjärnceller odlade i laboratorium och kopplade till ett speciellt elektroniskt chip kan utföra taligenkänning.

Dessa är cerebrala organoider, tredimensionella strukturer som i laboratorium återskapar vissa egenskaper hos en utvecklande mänsklig hjärna. De är i huvudsak aggregat av hjärnceller, det vill säga neuroner, och stödceller, såsom gliaceller, som odlas in vitro, det vill säga utanför kroppen, för att studera hjärnvävnadens beteende och dynamiken i neuronal utveckling. Deras skapelse är möjlig tack vare inducerad pluripotent stamcellsteknologi, som gör att mogna mänskliga celler kan omvandlas till stamceller som kan differentiera till olika celltyper, inklusive neuroner.

En hårdvara med artificiell intelligens

Nature

Teamet forskare från Indiana University Bloomington, ledd av ingenjören Feng Guo, har skapat en hjärnorganoid med stamceller. Efter att ha kopplat den till ett chip körde de konfigurationen via deras AI-verktyg som heter Brainoware. Vid det laget insåg de att hybridsystemet de skapat kunde bearbeta, förstå och komma ihåg den information den mottog, såväl som att demonstrera en viss taligenkänningsförmåga. Denna studie kan bana väg för biodatorer, som kommer att ersätta nuvarande standard-datorer.

"Hjärninspirerad datorhårdvara syftar till att efterlikna hjärnans struktur och funktionsprinciper och kan användas för att ta itu med nuvarandebegränsningar av artificiell intelligensteknologi." skriver författarna till studien. "Hjärninspirerade kiselchips är dock fortfarande begränsade i sin förmåga att fullt ut efterlikna hjärnans funktion, eftersom de flesta exemplen bygger på digitala elektroniska principer. Här rapporterar vi en AI-hårdvaruansats som använder reservoarberäkning adaptiva biologiska neurala närverk i en hjärnorganoid. I denna metod, kallad Brainoware, utförs beräkning genom att skicka och ta emot information från hjärnans organoid med hjälp av en högpreterande multielektroduppsättning med hög densitet.".

Forskare har illustrerat den praktiska potentialen hos denna teknik och använder den just för taligenkänning och "förutsägelse av icke-linjära ekvationer i en reservoarberäkningsram.".

Cerebrala organoider i datoranvändning: den absolut första

Freepik

Sedan många år tillbaka har man inom vetenskapen gjort försök att designa datorer som är baserade på avancerade biologiska system. De datorer vi använder idag är faktiskt avgjort mer effektiva än mänskliga hjärnor när det gäller att arbeta med siffror och att bearbeta strukturerande data genom att spendera lite tid och energi. Guo säger:

"Detta är den första demonstrationen av användningen av hjärnorganoider inom datorområdet. Det är spännande att se möjlighterna med organoider för bioinformatik i framtiden.".

Målet med att använda Brainoware var att utnyttja riktiga hjärnceller för utbyte av in- och outputinformation. Efter att ha utfört elektrisk stimulering på hybridsystemet visade AI förändringar i de neurala nätverken när den svarade på signalerna. Teamet bestämde sig sedan för att utföra några tester, varav ett gick ut på att lösa matematiska ekvationer. Därefter konverterade de 240 ljudklipp med åtta olika röster som uttalade japanska vokaler till elektriska signaler och applicerade dem på Brainoware. Hjärnans organoid producerade signaler i neurala nätverk, som när de avkodades visade någon form av taligenkänning, även om "noggrannheten var låg", sa Guo. Genom att träna hybriden steg noggrannheten till 78%, men är fortfarande långt ifrån resultaten som produceras av artificiella neurala nätverk.

Målet med forskningen vara därför att "bygga en bro mellan artificiell intelligens och organoider", eftersom både AI och hjärnan är baserade på överföring av signaler runt ett neuralt nätverk. 

"Vi ställde oss frågan om vi kunde utnyttja det biologiska neurala nätverket i hjärnans organid för beräkning."

Användningen av levande celler inom IT-sektorn kommer dock att behöva övervinna stora utmaningar, som att hålla organoider vid liv, som kan bli allt större i storlek med utvecklingen av framtida applikationer. Nästa steg blir att förstå organoidernas möjliga förmåga att utföra mer komplicerade uppgifter, utvärdera möjligheten att införliva dem i kiselmikrochips, som för närvarande används inom informationsteknologi baserad på artificiell intelligens.

Vad tycker du om dessa framsteg?