Bộ não con người mạnh mẽ và phức tạp không có chiếc máy tính nào sánh kịp. Những tế bào não bộ của con người có thể xử lý thông tin với số lượng và tốc độ mà công nghệ máy tính khó có thể chạm tới.
Chìa khóa thành công của bộ não là hiệu quả của tế bào thần kinh trong việc đóng vai trò vừa là bộ xử lý vừa là thiết bị bộ nhớ, trái ngược với các đơn vị tách biệt về mặt vật lý trong hầu hết các thiết bị máy tính hiện đại.
Đã có nhiều nỗ lực nhằm làm cho máy tính giống não hơn, nhưng một nỗ lực mới đã tiến thêm một bước nữa – bằng cách tích hợp mô não thực tế của con người với thiết bị điện tử.
Nó được gọi là Brainoware và nó đã hoạt động. Một nhóm do kỹ sư Feng Guo của Đại học Indiana Bloomington dẫn đầu đã giao cho nó các nhiệm vụ như nhận dạng giọng nói và các bài toán như dự đoán phương trình phi tuyến.
Nó kém chính xác hơn một chút so với một máy tính phần cứng thuần túy chạy bằng trí tuệ nhân tạo, nhưng nghiên cứu này chứng tỏ bước đầu tiên quan trọng trong một loại kiến trúc máy tính mới.
Tuy nhiên, trong khi Guo và các đồng nghiệp của ông tuân theo các nguyên tắc đạo đức trong quá trình phát triển Brainoware, một số nhà nghiên cứu từ Đại học Johns Hopkins lưu ý trong một bài bình luận liên quan về Điện tử Tự nhiên tầm quan trọng của việc lưu ý đến các cân nhắc về đạo đức trong khi mở rộng công nghệ này hơn nữa.
Lena Smirnova, Brian Caffo và Erik C. Johnson, những người không tham gia vào nghiên cứu, cảnh báo: “Khi độ phức tạp của các hệ thống organoid này tăng lên, điều quan trọng là cộng đồng phải kiểm tra vô số vấn đề đạo đức thần kinh xung quanh hệ thống máy tính sinh học. kết hợp mô thần kinh của con người.”
Bộ não con người thật đáng kinh ngạc. Trung bình, nó chứa khoảng 86 tỷ tế bào thần kinh và lên tới một triệu triệu khớp thần kinh. Mỗi nơ-ron được kết nối với tối đa 10.000 nơ-ron khác , liên tục hoạt động và liên lạc với nhau.
Cho đến nay, nỗ lực tốt nhất của chúng tôi nhằm mô phỏng hoạt động của não trong một hệ thống nhân tạo hầu như chưa thành công.
Vào năm 2013, K Computer của Riken – khi đó là một trong những siêu máy tính mạnh nhất thế giới – đã nỗ lực bắt chước bộ não. Với 82.944 bộ xử lý và một petabyte bộ nhớ chính, phải mất 40 phút để mô phỏng một giây hoạt động của 1,73 tỷ tế bào thần kinh được kết nối bởi 10,4 nghìn tỷ khớp thần kinh – chỉ khoảng 1 đến 2% bộ não.
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học và kỹ sư đã cố gắng tiếp cận khả năng của bộ não bằng cách thiết kế phần cứng và thuật toán mô phỏng cấu trúc và cách thức hoạt động của bộ não. Nó được biết đến như là điện toán mô phỏng thần kinh, và nó đang được cải thiện nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng và việc đào tạo mạng lưới thần kinh nhân tạo rất tốn thời gian.
Guo và các đồng nghiệp đã tìm kiếm một cách tiếp cận khác bằng cách sử dụng mô não người thật được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Các tế bào gốc đa năng của con người được khuyến khích phát triển thành các loại tế bào não khác nhau được tổ chức thành các bộ não nhỏ ba chiều được gọi là các cơ quan, hoàn chỉnh với các kết nối và cấu trúc.
Đây không phải là những bộ não thực sự mà chỉ đơn giản là sự sắp xếp của các mô không có bất cứ thứ gì giống với suy nghĩ, cảm xúc hay ý thức. Chúng hữu ích cho việc nghiên cứu cách bộ não phát triển và hoạt động mà không cần quan tâm đến con người thực sự.
Brainoware bao gồm các cơ quan não được kết nối với một loạt các vi điện cực mật độ cao, sử dụng một loại mạng lưới thần kinh nhân tạo được gọi là điện toán hồ chứa. Kích thích điện vận chuyển thông tin vào cơ quan, nơi chứa thông tin đó được xử lý trước khi Brainoware thực hiện các phép tính của nó dưới dạng hoạt động thần kinh.
Phần cứng máy tính thông thường được sử dụng cho lớp đầu vào và đầu ra. Các lớp này phải được đào tạo để hoạt động với organoid, trong đó lớp đầu ra đọc dữ liệu thần kinh và đưa ra các phân loại hoặc dự đoán dựa trên đầu vào.
Để chứng minh hệ thống, các nhà nghiên cứu đã đưa cho Brainoware 240 đoạn âm thanh từ tám người nam phát âm nguyên âm tiếng Nhật và yêu cầu nó xác định giọng nói của một cá nhân cụ thể.
Họ bắt đầu với một chiếc organoid “ngây thơ”, sau khi đào tạo chỉ hai ngày, Brainoware đã có thể nhận dạng người nói với độ chính xác 78%.
Họ cũng yêu cầu Brainoware dự đoán bản đồ Hénon, một hệ động lực thể hiện hành vi hỗn loạn. Họ không cần giám sát để học trong bốn ngày – mỗi ngày đại diện cho một giai đoạn đào tạo – và nhận thấy nó có thể dự đoán bản đồ với độ chính xác cao hơn mạng lưới thần kinh nhân tạo không có bộ nhớ ngắn hạn dài.
Brainoware kém chính xác hơn một chút so với các mạng thần kinh nhân tạo có bộ nhớ ngắn hạn – nhưng mỗi mạng đó đã trải qua 50 giai đoạn huấn luyện. Brainoware đạt được kết quả gần như tương tự trong chưa đầy 10% thời gian đào tạo.
Các nhà nghiên cứu viết: “Do tính dẻo và khả năng thích ứng cao của các chất hữu cơ, Brainoware có khả năng linh hoạt thay đổi và tổ chức lại để đáp ứng với kích thích điện, làm nổi bật khả năng tính toán hồ chứa thích ứng” .
Vẫn còn những hạn chế đáng kể, bao gồm vấn đề giữ cho các cơ quan sống và khỏe mạnh cũng như mức tiêu thụ điện năng của thiết bị ngoại vi. Tuy nhiên, với những cân nhắc về mặt đạo đức, Brainoware không chỉ có ý nghĩa đối với máy tính mà còn có ý nghĩa tìm hiểu những bí ẩn của bộ não con người.
Smirnova, Caffo và Johnson viết: “Có thể phải mất nhiều thập kỷ trước khi các hệ thống máy tính sinh học nói chung có thể được tạo ra, nhưng nghiên cứu này có khả năng tạo ra những hiểu biết nền tảng về cơ chế học tập, phát triển thần kinh và ý nghĩa nhận thức của các bệnh thoái hóa thần kinh”.
“Nó cũng có thể giúp phát triển các mô hình tiền lâm sàng về suy giảm nhận thức để thử nghiệm các phương pháp trị liệu mới.”
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Electronics.
Hoàng Nam biên dịch.
