אורגנואידים של מוח אנושי "קראו" ברייל: צעד מוקדם לקראת מחשוב ביו-היברידי

חוקרים מאוניברסיטת בריסטול הראו שאורגנואידים של מוח אנושי, כלומר מודלים זעירים של המוח שמגדלים במעבדה, יכולים לקלוט אותות שמייצגים אותיות ברייל ולהגיב להם בדפוסי פעילות שמחשב מסוגל לפענח. המחקר פורסם ב-16 באוקטובר בכתב העת Frontiers in Artificial Intelligence. לדברי החוקרים, הוא מציג דרך מעשית לחבר חיישנים מלאכותיים למערכות עצביות ביולוגיות, כיוון שנחשב לנתיב אפשרי למחשוב חסכוני יותר באנרגיה.

איך זה עובד

האורגנואידים קטנים ממילימטר. חסרים בהם כמה מהמבנים שיש במוח אנושי, אבל יש בכל אחד כ-10,000 נוירונים לצד תאים תומכים. הם מונחו על מערכים של אלקטרודות (multielectrode arrays), שמאפשרים להעביר אליהם אותות חשמליים ולמדוד את התגובה שלהם, בתוך מערכת ששומרת אותם בחיים.

בשלב הראשון העבירו החוקרים חיישן מגע על 26 האותיות של אלפבית הברייל. את נתוני המגע הם המירו לדפוסי גירוי חשמלי והציגו אותם לאורגנואידים. את הפעילות העצבית שהתקבלה סיווג אלגוריתם למידת מכונה פשוט מסוג support vector machine, שבדק אם אפשר לזהות מתוכה איזו אות הוצגה.

התוצאה: הפעילות של אורגנואיד בודד פוענחה כאות הנכונה בכ-61% מהמקרים. כששילבו את התגובות של שלושה אורגנואידים, שיעור הדיוק עלה לכ-83%. "לאחר העיבוד באורגנואידים, נתוני המגע עדיין מכילים מספיק מידע כדי לסווג אותיות ברייל בדיוק טוב", אמר ד"ר בנג'מין וורד-שרייה, החוקר הבכיר במחקר.

שלושה מוחות טובים מאחד?

החוקרים לא יודעים בוודאות למה שלושה אורגנואידים הצליחו יותר מאחד. ההשערה שלהם היא שההבדלים בין האורגנואידים משלימים זה את זה. "לאורגנואידים שונים עשויים להיות חיבורים מעט שונים ברשת, שלבי התפתחות שונים ופעילות מתמשכת שונה, כך שאותו קלט מייצר תגובות דומות אך לא זהות", הסביר טיאני ליו, דוקטורנט בבריסטול והכותב הראשון של המאמר. לדבריו, יש לכך גם צד שני: אם כל אורגנואיד מתנהג אחרת, קשה יותר לבנות מערכת צפויה וסטנדרטית.

החוקרים בדקו גם את עמידות המערכת לרעש. הם הוסיפו לאותות הברייל סוגים שונים של רעש מלאכותי, והשוו בין פענוח של תגובות האורגנואידים לבין פענוח ישיר של האותות המשובשים באותו אלגוריתם. הפענוח הישיר, בלי האורגנואידים, הוטעה בקלות רבה יותר.

מה המחקר לא מראה

החוקרים מקפידים לסמן את גבולות הממצא. "לא הדגמנו למידה או שינויים ארוכי טווח באורגנואידים", אמר ליו. לדבריו, הצוות בדק משימת מגע אחת, עם שיטת קידוד קבועה ומדד פשוט יחסית לפעילות עצבית. השלב הבא הוא לעבור לטקסטורות, לקצוות ולסוגי מגע אחרים, ובהמשך למשימות בלולאה סגורה (closed-loop), שבהן האורגנואיד מקבל משוב על פעולותיו. רק אז אפשר יהיה להתחיל לבדוק אם הוא באמת מסתגל.

למה זה חשוב

המשמעות כנראה צנועה יותר ממה שהכותרת "מוח שקורא ברייל" רומזת. האורגנואידים לא "הבינו" אותיות. הם קלטו אות, הגיבו בדפוס ייחודי מספיק, ואלגוריתם חיצוני עשה את עבודת הזיהוי. ובכל זאת, מדובר בהוכחת היתכנות לשרשרת שלמה: חיישן פיזי, תרגום לשפה שרקמה חיה קולטת, ושחזור מידע בעל משמעות מתגובתה. הממצא שקבוצת אורגנואידים עמידה יותר לרעש מפענוח ישיר מעניין במיוחד, גם אם עדיין לא ברור מה עומד מאחוריו. ככל הנראה, השאלה המכרעת לעתיד התחום היא זו שהחוקרים עצמם מציבים: האם רקמה כזו יכולה ללמוד. עד שתהיה לה תשובה, מחשוב ביו-היברידי נשאר בעיקר שאלת מחקר ולא טכנולוגיה בהישג יד.