Первый в мире «синтетический биологический интеллект» работает на основе человеческих клеток

Эта статья – логическое продолжения материала «Банка по Пелевину ^[1]». Чуть больше года назад вышел материал о том, что ученые выращивали клетки мозга ^[2] поверх кремниевых чипов. Такой симбиоз, словно сошедший со страниц «Transhumanism Inc» и «KGBT+», предлагал новое направление для развития искусственного интеллекта ^[3]. И сегодня это детище вышло на рынок. Искусственный интеллект на выращенных клетках мозга, высаженных на чипы в биореакторах. Фотографии в статье.

Синтетический биологический интеллект

Первый в мире «биологический компьютер», который объединяет клетки человеческого мозга с кремниевым оборудованием для формирования нейронных сетей, был запущен в коммерческую эксплуатацию, открывая новую эру технологий Искусственного Интеллекта. CL1 от австралийской компании Cortical Labs ^[4] совершенно новый тип вычислительного интеллекта — более динамичный, устойчивый и энергоэффективный, чем любой из существующих ИИ. Его истинный потенциал могут оценить первые пользователи.

Система CL1 от Cortical, известная как синтетический биологический интеллект (SBI), была официально запущена в Барселоне 2 марта 2025 года и, как ожидается, станет переломным моментом в науке ^[5] и медицинских исследованиях. Нейронные сети человеческих клеток, которые формируются на кремниевом «чипе», стали по сути постоянно развивающимся органическим компьютером. Инженеры проекта утверждают, что бионический интеллект обучается так быстро и гибко, что опережает кремниевые чипы ИИ, используемые для обучения ^[6] существующих больших языковых моделей (LLM), таких как ChatGPT. Момент, когда датаизм из кремниевого ^[7] становится бионическим.

Сегодня мы достигли кульминации видения, на котором держалось развитие Cortical Labs в течение почти шести лет. За последние годы мы добились ряда важных прорывов, наиболее заметным из которых является наше исследование в журнале Neuron, в ходе которого культуры были внедрены в смоделированный игровой мир и были снабжены электрофизиологической стимуляцией и записью для имитации аркадной игры Pong. Однако наша долгосрочная миссия в том, чтобы демократизировать эту технологию, сделав ее доступной для исследователей без специализированного оборудования и программного обеспечения. И CL1 реализовал эту миссию.

Основатель и генеральный директор Cortical доктор Хон Венг Чонг.

Он добавил, что, поскольку это инновация, то полный масштаб системы SBI будет виден только после того, как она попадет в руки пользователей.

Мы предлагаем «Wetware-as-a-Service» (WaaS). Клиенты смогут купить биокомпьютер CL-1 напрямую у нас или арендовать время на чипах, получая к ним удаленный доступ для работы с технологией культивируемых клеток через облако. Эта платформа позволит миллионам исследователей, новаторов и крупных мыслителей по всему миру превратить потенциал CL1 в ощутимый, реальный продукт. Мы предоставим им платформу и поддержку для инвестирования в НИОКР и стимулирования новых прорывов и исследований.

Основатель и генеральный директор Cortical доктор Хон Венг Чонг.

Обучение гибридных нейросетей

Эти биокомпьютеры из клеток мозга могут произвести революцию во всем, от открытия лекарств до создания роботизированного «интеллекта», допускающего неограниченную персонализацию в зависимости от потребностей ^[9].

Команда попала в заголовки международных новостей ^[10] в 2022 году после разработки самоадаптирующегося компьютерного «мозга», поместив 800 000 человеческих и мышиных нейронов на чип и обучив эту сеть играть в видеоигру.

Мы фактически рассматриваем этот интеллект как своего рода другую форму жизни, отличающуюся от животной или человеческой. Мы думаем о нем как о механическом и инженерном подходе к интеллекту. Мы используем субстрат интеллекта, которым являются биологические нейроны ^[11], но мы по-новому их реорганизуем.

Главный научный сотрудник Бретт Каган. 

Cortical Labs прошла долгий путь с того важного первого шага, но теперь уже устаревшего DishBrain, как в технологии, так и в названии. Теперь, с коммерциализацией CL1, исследователи могут получить практический опыт ^[12] работы с технологией и строить на ее основе широкий спектр реальных приложений.

Первые сложности в создании гибрида «мозг – компьютер»

Когда New Atlas посетил Кагана и команду в штаб-квартире Cortical Labs в Мельбурне в конце прошлого года в преддверии этого запуска, мы своими глазами увидели, насколько далеко продвинулась биотехнология со времен DishBrain. CL1 отличается относительно простым, стабильным оборудованием, новыми способами оптимизации «wetware» — клеток человеческого мозга — и значительным прогрессом в возможности выращивать нейронную сеть, которая работает как полностью функциональный мозг. Или, как объяснил Бретт Каган о текущей работе, «Minimal Viable Brain».

В 2022 году группа продемонстрировала, как плюрипотентные стволовые клетки грызунов и человека (hiPSC), интегрированные в многоэлектродные матрицы высокой плотности (HD-MEA) на основе технологии комплементарного металл-оксид-полупроводника (КМОП), можно электрофизиологически стимулировать ^[13] для создания автономных, высокоэффективных путей обмена информацией.

Для этого им нужен был способ вознаграждать клетки мозга, когда они проявляли желаемое поведение ^[14], и наказывать их, когда они не справлялись с задачей. В экспериментах DishBrain они доказали, что ключ был в создании предсказуемости. Нейроны ^[15] ищут связи, которые производят энергоэффективные, предсказуемые результаты, и будут адаптировать свои сети в поисках этого вознаграждения, избегая при этом поведения ^[16], которое ведет к наказанию.

Но, как объяснил Бретт Каган, это только начало.

Текущая версия — это совершенно другая технология. В предыдущей версии использовалось нечто, называемое CMOS-чипом, который в основном обеспечивал высокоплотное считывание, но он был непрозрачным, вы не могли видеть клетки. Были и другие проблемы — например, когда вы стимулируете нейроны с помощью CMOS-чипа, вы не можете «вытащить заряд из клетки», вы также не можете сбалансировать силу заряда. В итоге вы получаете накопление заряда в месте стимуляции, в течение длительных периодов времени, и это довольно плохо для клеток. В новых версиях технология намного проще, они намного стабильнее, и у вас гораздо больше возможностей активно балансировать этот заряд. Когда вы подаете два микроампера тока, вы можете после стимуляции «вытащить» эти 2 микроампера тока. И вы можете поддерживать клетки в более стабильном состоянии на более длинный срок.

Главный научный сотрудник Бретт Каган.

Биореактор для искусственного разума

Внутри системы CL1 выращенные в лаборатории нейроны размещаются на плоской электродной решетке — или, как объяснил Каган, «в основном просто на металле и стекле». 59 электродов формируют основу более стабильной сети, предлагая пользователю высокую степень контроля при активации нейронной сети. Затем этот «мозг» SBI помещается в прямоугольный блок жизнеобеспечения, который подключается к программной системе для работы в режиме реального времени.

Проще говоря, это можно описать как тело в коробке, но в нем есть система обратной связи с миром, место для хранения биомассы, насосы для поддержания циркуляции ценных элементов, система смешивания газов и, конечно же, контроль температуры.

Главный научный сотрудник Бретт Каган. 

В лаборатории Cortical собирает эти блоки для создания первого в своем роде биологического нейронного сетевого сервера, включающего 30 отдельных блоков, каждый из которых содержит клетки на своей электродной матрице. Ожидается, что он будет запущен в эксплуатацию в ближайшие месяцы.

Команда намерена запустить четыре таких системы и сделать их доступными для коммерческого использования через облачную систему до конца года. Ожидается, что сами устройства будут стоить около 35 000 долларов США для начала. Всё, что близко к этому типу технологий, сейчас оценивается в 80 000 евро или около 85 000 долларов США.

Вся стойка блоков CL1 потребляет всего около 850–1000 Вт энергии, полностью программируется и предлагает «двунаправленную стимуляцию и интерфейс чтения, специально разработанный для обеспечения нейронной связи и сетевого обучения. Более того, блок CL1 также не требует внешнего компьютера для работы.

Развитие нейронных сетей

Сложные, постоянно развивающиеся нейронные сети SBI, которые можно рассмотреть под микроскопом, образуют ветви от электрода к электроду, и изначально обладают потенциалом для революционного изменения методов исследования в области разработки лекарственных препаратов и моделирования заболеваний.

Мы стремимся стать более доступной платформой, снизить цены в долгосрочной перспективе, но это очень долгосрочная перспектива. В то же время мы предоставляем доступ людям из любой точки мира, кому угодно, из любого дома через облачную систему.

Главный научный сотрудник Бретт Каган. 

Пройдя через лабораторию уровня физического содержания (PC2) — смесь компьютерного оборудования и традиционных биологических образцов — Каган показал нам некоторые из важнейших индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) под микроскопом. ИПСК, выращенные в лаборатории из образцов крови, это чистый лист, который можно вырастать в различные типы клеток.

Как выращивается мозг на чипе?

Мы берем стволовые клетки и применяем к ним два разных метода дифференциации. Во-первых, мы можем либо применять малые молекулы, что называется протоколом онтогенетической дифференциации, где мы по сути пытаемся имитировать молекулы, которые появляются в утробе матери или, скорее, в развивающемся мозге плода. Другой метод заключается в том, что мы напрямую дифференцируем клетки, когда мы выбираем повышающую регуляцию определенных генов, которые участвуют в нейронах.

Главный научный сотрудник Бретт Каган.

Один из методов команды работает на скорость и обеспечивает высокий уровень клеточной чистоты, однако его недостаток в том, что продукт не совсем соответствует человеческому мозгу.

Мозг — это не высокочистый орган. В нем много разных типов клеток, много разных связей. Поэтому если у вас есть только один тип клеток, то у вас может быть только скопление этих клеток, но у вас нет мозга.

Главный научный сотрудник Бретт Каган.

Второй метод, «подход малых молекул», производит разнообразные популяции клеток, но часто неясно, каким будет конечный продукт. И понимание этого критически важно для амбициозного стремления Cortical к созданию минимально жизнеспособного мозга. Хотя запуск CL1 уже добротный первый шаг, команда также усердно работает над следующим этапом SBI. Обещающего рассвет сингулярности ^[17].

Вы можете классифицировать основные клетки, но всегда есть много типов субклеток — и это действительно хорошо, как мы выяснили, но мы бы очень хотели создать полностью контролируемую прямую дифференциацию. Мы просто еще не решили эту проблему: что такое «минимальный жизнеспособный мозг»?

Главный научный сотрудник Бретт Каган.

MVB — это интригующая концепция: как биоинженерам создать «мозг», подобный человеческому, с наименьшим количеством избыточной клеточной дифференциации, но такой, который будет иметь сложность, которой нет у выращенной нейронной сети, состоящей из однородных типов клеток. Такого рода инструмент был бы мощной моделью, позволяющей осуществлять даже больший контроль и проводить более тонкий анализ данных, чем все то, что в настоящее время возможно в исследованиях, проводимых на реальном мозге.

Раздел, посвященный прямой речи Бретта Кагана по поводу выращивания полноценного мозга на чипе

По сути, это ключевые биологические компоненты, которые позволяют обрабатывать информацию динамичным и отзывчивым образом, в соответствии с базовыми принципами. Один нейрон может делать много вещей, хоть он и может реагировать на некоторые динамические стимулы, он не может, например, ориентироваться в окружающей среде. Самый маленький работающий мозг, о котором мы знаем, это мозг нематоды C. Elegens, который состоит из 300 нейронов. Но каждый из этих нейронов действительно высоко специфичен.

Вторая проблема: является ли мозг C. Elegens априори минимально жизнеспособным? Действительно ли нам нужны все эти нейроны или вы могли бы достичь целей с помощью скажем 30 нейронов, при наличии правильно организованных связей.

А если это так, можно ли построить более сложную сеть из 100 000 образцов по 30 нейронов в каждом? Мы пока не знаем ответа ни на один из этих вопросов, но с помощью этой технологии мы можем давать ответы.

Мы начинаем добавлять все больше и больше типов клеток в эту культуру по мере продвижения. Единственное наше ограничение – это инструменты. У нас не было CL1, сейчас это наш «минимальный модуль». И вам нужен такой инструмент, чтобы ответить на такие вопросы, как «Каким будет минимально жизнеспособный мозг?». Если у вас есть 120 таких модулей, вы можете организовать действительно хорошо контролируемые эксперименты, чтобы точно понять, что движет появлением интеллекта. Вы можете разбить природу интеллекта на транскриптомный и генетический уровень, чтобы понять, какие гены и какие белки на самом деле заставляют одного человека учиться, а другого нет. И когда у вас есть все эти единицы, вы можете немедленно начать применять подход к открытию лекарств и моделированию заболеваний.

Это особенно важно для исследований в области более эффективного лечения или даже излечения таких заболеваний, как эпилепсия и болезнь Альцгеймера, а также других заболеваний мозга. В то же время ожидается, что система CL1 значительно продвинет исследования заболеваний и методов лечения.

Подавляющее большинство препаратов для лечения неврологических и психиатрических заболеваний, которые поступают на клинические испытания, терпят неудачу, потому что в отношении мозга возникает гораздо больше нюансов, но вы можете увидеть эти нюансы, когда проводите испытания с помощью наших инструментов. Мы надеемся, что сможем заменить этими кластерами значительные области испытаний на животных. К сожалению, испытания на животных по-прежнему необходимы, но я думаю, что есть много случаев, когда их можно чем-то заменить, и это этически правильно.

Этика и технологии

Этика этой технологии была на первом месте для Cortical — первая статья 2022 года вызвала множество споров вокруг нее, особенно в области человеческого «сознания» и «чувств». Тем не менее, ограничения установлены, насколько это возможно, для этического использования устройств CL1 и удаленного доступа WaaS.

Необходимо множество регулирующих разрешений, основанных на местоположении и конкретных вариантах использования. Регулирующие органы могут включать агентства здравоохранения, комитеты по биоэтике и правительственные организации, контролирующие биотехнологии или медицинские устройства. Соблюдение этих правил критически важно для обеспечения ответственного и этичного использования биологических вычислительных технологий.

Из заявления команды ученых о запуске

Но как мировой лидер в этой амбициозной технологии, Cortical знает, что — как и в случае с быстрым развитием небиологического ИИ — нелегко предсказать широкое применение SBI. И еще одна проблема, с которой сталкивается компания, — это финансирование — то, что реализация CL1 как ощутимой, пригодной к использованию технологии может изменить.

Проблема, о которой я постоянно слышу от инвесторов, заключается в том, что мы не вписываемся в рамки. И мы не вписываемся — мы технология, которая развивается на пересечении разных направлений. Если посмотреть на приоритетные секторы, мы можем охватить все, от возможностей биотехнологий, робототехники, медицинской науки и ряда других вещей. Мы не совсем ИИ, мы не совсем медицина — мы можем заниматься и ИИ, и медициной, но не тем и другим. Поэтому мы часто терпим трудности.

Главный научный сотрудник Бретт Каган 

Таким образом, запуск физической системы CL1 и Cortical Cloud для удаленного использования WaaS станет огромным достижением, и Каган и его команда с нетерпением ждут, куда SBI сможет развиться, когда попадет в руки людей.

CL1 — первый коммерческий биологический компьютер, специально разработанный для оптимизации коммуникации и обработки информации с нейронными культурами in vitro. CL1 со встроенной системой жизнеобеспечения для поддержания здоровья клеток открывает возможности в области медицинской науки и технологий. SBI по своей сути более естественен, чем ИИ, поскольку использует тот же биологический материал — нейроны, — который лежит в основе интеллекта живых организмов. Используя нейроны в качестве вычислительного субстрата, SBI обладает потенциалом для создания систем, которые демонстрируют более органические и естественные формы интеллекта по сравнению с традиционным ИИ на основе кремния.

I Ever Asked For This

Что можно сказать, лично я в восторге от такой новости! Будущее приближается семимильными шагами, и мы уже не стоим на пороге технологической сингулярности, а буквально вошли в него и наблюдаем рассвет дивного нового мира.

Больше материалов о природе нашего организма, потенциале человека технологиях и возможностях – читайте в сообществе Neural Hack ^[18]. Подписывайтесь, чтобы первыми получать свежие статьи, подобные этой!