Lidský mozek je pro počítačové vědce inspirací už desítky let. Ne proto, že by se ho podařilo dokonale napodobit, ale protože dokáže zpracovávat obrovské množství informací najednou, učit se ze zkušeností a přitom spotřebovávat překvapivě málo energie.
Právě tento vývoj nyní shrnují Paris Brown a Shyni Varghese z Duke University v přehledové práci publikované v časopise Nature Computational Science. Popisují, jak se počítače postupně inspirovaly fungováním lidského mozku – od prvních umělých neuronových sítí přes čipy napodobující práci nervových buněk až k experimentům, v nichž se součástí výpočetního systému stává skutečná živá nervová tkáň.
Neuronová síť, která není jen metafora
Počítače inspirované mozkem se dnes snaží napodobit způsob, jakým fungují biologické neurony. Některé čipy například pracují se signály podobnými nervovým vzruchům. Jenže ani takový počítač nemá skutečné neurony.
Organoidní inteligence (organoid intelligence, OI) se pokouší tuto hranici posunout. Vědci vytvářejí malé laboratorní struktury z nervových buněk, takzvané mozkové organoidy. Nejde o zmenšený lidský mozek. Organoidy jsou mnohem jednodušší, nemají jeho strukturu ani všechny typy buněk a nejsou schopné fungovat jako lidský mozek.
Přesto se v nich mohou vytvářet sítě neuronů, které si mezi sebou předávají elektrické signály a mění svá spojení. Právě tuto schopnost přizpůsobovat se a učit se vědci zkoušejí využít při výpočtech. Jedním z nejvýraznějších experimentů je systém nazvaný Brainoware, který vědci popsali v roce 2023 v časopise Nature Electronics. Mozkový organoid napojili pomocí tisíců drobných elektrod na elektronický systém. Ten do organoidu posílal elektrické signály a zároveň zaznamenával, jak na ně nervové buňky reagují.
Organoid tak fungoval jako živá součást výpočetního systému. Vědci jeho aktivitu využili například při rozpoznávání řeči nebo při řešení matematické rovnice. Důležité ale je, co tento experiment neznamenal. Organoid nerozuměl řeči a nevznikl žádný biologický ChatGPT. Šlo o velmi specifický experiment, při kterém počítač využil vlastnosti živé neuronové sítě k řešení konkrétních úloh.
Neurony si zahrály hru
Ještě zajímavější otázka zní, zda mohou laboratorně vypěstované neuronální sítě reagovat na zpětnou vazbu tak, aby se jejich výkon zlepšoval. Studie publikovaná letos v časopise Cell Reports zkoumala takzvané cílené učení v mozkových organoidech. Výzkumníci vytvořili propojení mezi nervovou tkání a počítačovým prostředím. Organoid dostával elektrické podněty a jeho aktivita byla následně vyhodnocována počítačem.
Úloha připomínala známou hru cartpole. Systém se v ní snaží udržet tyč ve svislé poloze na pohybujícím se vozíku. Když se mu dařilo lépe, dostával jiné signály než v situaci, kdy se mu nedařilo. U většiny testovaných organoidů vedlo toto „trénování“ k lepším výsledkům než náhodně zvolené signály. Vědci tím získali důkaz, že se aktivita neuronální sítě může v reakci na zpětnou vazbu měnit a tím pádem učit.
Zároveň ale narazili na důležité omezení. Zlepšení po 45minutové přestávce nevydrželo. A když výzkumníci zablokovali některé látky, které umožňují neuronům vzájemně komunikovat, efekt učení zmizel. Výsledek proto neznamená, že organoid začal samostatně přemýšlet. Ukazuje spíše, že živá neuronální síť může za určitých podmínek měnit své chování podle toho, jaké podněty dostává. A právě tady se technologie dostává k zajímavému bodu. Počítač totiž nemusí pouze napodobovat, jak funguje mozek. Může začít využívat některé jeho biologické vlastnosti přímo.
Efektivnější než počítače
Jedním z hlavních důvodů, proč se vědci tomuto výzkumu intenzivně věnují, je energie. Lidský mozek dokáže zpracovávat obrovské množství informací najednou a přitom spotřebovává relativně málo energie. Současné počítače, především systémy používané pro stále náročnější umělou inteligenci, potřebují pro svůj výkon mnohem více energie.
Organoidní inteligence by proto teoreticky mohla nabídnout nový způsob výpočtu. Místo toho, aby počítač složitě napodoboval vlastnosti neuronů pomocí elektroniky, využil by některé z nich přímo v živé tkáni. Zatím je ale tato představa velmi vzdálená běžnému použití. Organoidy jsou malé, biologicky nestabilní a jednotlivé vzorky se od sebe mohou výrazně lišit. Vědci také stále hledají spolehlivý způsob, jak do nich informace posílat, jak zaznamenávat jejich reakce a jak je převádět zpět do elektronického systému. Živý počítač tak zatím rozhodně není náhradou za notebook, server ani dnešní AI čip.
Co když má organoid vědomí?
S technologickým pokrokem ale přichází problém, který u křemíkového čipu neřešíme. Pokud je výpočetní systém tvořen živými lidskými neurony, můžeme se ptát, zda by jeho stále složitější struktura někdy nemohla vykazovat nějakou formu prožívání. A pokud ano, jak bychom to poznali? Tato otázka není jen filozofická. Vědci už několik let diskutují o tom, zda by dostatečně složité mozkové organoidy mohly v budoucnu vykazovat některé vlastnosti spojené s vědomím. S tím souvisí i otázka jejich morálního statusu.
Současné organoidy ale není správné označovat za vědomé miniaturní mozky. Jejich organizace a funkce jsou ve srovnání s lidským mozkem velmi omezené. Problém spočívá spíše v tom, že věda zatím nemá spolehlivý způsob, jak případné vědomí takové tkáně jednoznačně potvrdit nebo vyloučit. Pokud budou organoidy v budoucnu složitější, bude proto nutné řešit nejen to, co s nimi dokážeme udělat, ale také jak s nimi zacházet. Právě etické otázky patří podle autorů nové práce v Nature mezi hlavní překážky, které bude muset obor řešit společně s těmi technickými a biologickými.
Zdroj: nature.com, link.springer.com, pubmed.ncbi.nlm.nih.gov