Привет, SE7EN!
На портале finalspark.com/live транслируются четыре окна. В каждом из них — чип, на котором закреплены крошечные фрагменты человеческой нервной ткани: сферы диаметром около полумиллиметра, содержащие порядка десяти тысяч нейронов. Эти образцы, находящиеся в круглосуточном инкубаторе в швейцарском Веве, сопряжены с электродами. Любой исследователь, получивший доступ к платформе, может отправлять через Python-API электрические импульсы и анализировать ответную реакцию нейронной сети.
За проектом стоит компания FinalSpark, продвигающая идею «биокомпьютинга как следующего этапа эволюции ИИ» с акцентом на колоссальную энергоэффективность — в миллион раз выше, чем у современных вычислителей.
За громкими лозунгами скрывается фундаментальная работа: публикации в рецензируемых журналах, пять лет глубоких инженерных изысканий, открытый архив терабайтов нейронных данных и коллаборации с рядом университетов. Разграничить реальные успехи проекта и амбициозный PR — самая интригующая часть этой истории.
Путь от защиты интеллектуальной собственности к нейротехнологиям
История FinalSpark началась вдали от нейробиологии — в сфере анализа сигналов.
Основатели компании, Фред Жордан и Мартин Куттер, познакомились в EPFL в 90-х. В 2001 году они создали AlpVision — компанию, внедрившую технологию невидимых микромаркировок для защиты от контрафакта. Сегодня их разработки защищают миллиарды товаров по всему миру.
К 2014 году, накопив ресурсы, основатели решили сфокусироваться на R&D в области ИИ. Однако быстро стало ясно, что обучение огромных нейросетей требует все больше энергии при сомнительной эффективности. В конце 2010-х Жордан и Куттер переключились на биологические нейросети, чьи возможности на порядки превосходят любые кремниевые симуляции. Биологию пришлось осваивать с нуля, пригласив в команду профильных экспертов. Сегодня FinalSpark — это компактная команда, существующая на доходы от AlpVision, без стороннего венчурного финансирования.
В мае 2024 года компания сделала платформу общедоступной, представив статью «Open and remotely accessible Neuroplatform for research in wetware computing» в издании Frontiers in Artificial Intelligence (DOI 10.3389/frai.2024.1376042).
Что именно находится на электродах
Технология базируется на индуцированных плюрипотентных стволовых клетках (iPSC). Из клеток кожи пациента ученые получают «универсальные» клетки, способные стать нейронами. FinalSpark закупает готовые нейральные стволовые клетки и «доводит» их до состояния органоидов.
Эти нейронные сферы — органоиды по 10 000 клеток в каждой — размещаются на многоэлектродных матрицах (MEA). Система использует 128 электродов для стимуляции и считывания сигналов. Данные обрабатываются контроллером Intan RHS с высокой частотой дискретизации (30 кГц).
Главная техническая сложность — жизнеобеспечение ткани. Органоиды живут в условиях воздушно-жидкостного интерфейса, питательная среда подается с помощью прецизионных насосов, а уровень pH отслеживается оптически. Если на заре проекта ткань погибала за часы, то сегодня органоиды функционируют более ста дней. За годы работы платформа накопила свыше 30 ТБ данных, которые предоставляются сообществу бесплатно.
Обучение живой ткани
«Обучение» органоида — это использование естественной нейронной пластичности. Методы воздействия делятся на электрическую стимуляцию и химическую коррекцию (метод uncaging).
С помощью ультрафиолета исследователи высвобождают дофамин локально, «поощряя» нейронную сеть за нужную реакцию. «Наказанием» служит хаотичная электрическая стимуляция. Через множество циклов «стимул — отклик — поощрение» структура связей меняется, закрепляя желаемое поведение. По сути, это напоминает оперантное обусловливание. Объем памяти одного органоида пока крайне мал — порядка одного бита, что ограничивает поведение простейшими реакциями.
Энергоэффективность: миф и реальность
Утверждение об экономичности «в миллион раз» базируется на сравнении энергопотребления биологического мозга и гипотетического кремниевого чипа, пытающегося имитировать те же процессы. Однако на практике система FinalSpark — это не только нейроны, но и вспомогательное оборудование (насосы, серверы, термостаты), потребляющее вполне ощутимую энергию из розетки. Преимущество перед GPU-кластерами станет очевидным лишь тогда, когда биокомпьютеры научатся решать задачи сопоставимой сложности, а не просто отвечать на стимулы.
Конкурентная среда и научный контекст
Исследования FinalSpark вписываются в область organoid intelligence (OI). В этой сфере есть два основных вектора: компания Cortical Labs (авторы проекта DishBrain, где культура клеток «играла» в Pong) создает полноценные «биокомпьютерные» устройства, а FinalSpark делает ставку на формат «лаборатория как услуга» (Lab-as-a-Service), предоставляя удаленный доступ к оборудованию для академических групп.
Этическая сторона вопроса
Вопрос о «сознательности» органоидов активно дискутируется, но ученые склоняются к тому, что текущие структуры слишком примитивны и лишены когнитивных функций мозга. Однако по мере усложнения моделей этот вопрос перейдет из плоскости теоретических споров в плоскость серьезной научной этики, к которой основатели FinalSpark призывают прислушиваться уже сейчас.
Итог
FinalSpark создала уникальную инфраструктуру для нейробиологических исследований, открыв доступ к живым тканям для ученых по всему миру. И хотя до полноценного «биопроцессора» еще далеко, платформа уже сегодня является мощным инструментом для изучения нейропластичности и моделирования патологий мозга. Станет ли «пока» в словах Жордана началом новой эры вычислительной техники — покажет время.
