Elävät neuronit opettavat itsensä pelaamaan Doom-peliä

Kuvittele neuronit elävinä, nykivinä ja itsepäisinä oppimassa tähtäämään virtuaalista asetta. Juuri sitä australialainen tiimi sai aikaan piistä ja soluista koostuvassa hybridissä: laboratoriossa kasvatetut ihmisaivossolut koulutettiin pelaamaan 1990-luvun ammuskelupeliä Doom.

Cortical Labsissa tutkijat asettivat noin 200 000 ihmisen neuronia—kantasoluista, jotka oli erotettu lahjoitetusta verestä, kasvatettuja—räätälöidylle mikroelektrodimatriisille nimeltä CL1. Nämä elävät verkostot olivat jo oppineet yksinkertaisemman arkaditehtävän, Pongin, ja ne työnnettiin sen jälkeen paljon sotkuisempaan kolmiulotteiseen leikkikenttään, jossa viholliset vaanivat ja päätöksiä on tehtävä reaaliajassa.

Alkuistunnot näyttivät aloittelijan hapuilulta ohjainta käyttäen: ne törmäsivät seiniin, ampuivat maisemiin ja pyörivät paikallaan. "Aluksi ne käyttäytyivät kuin joku, joka ei koskaan oli koskenut peliin," kertoi yksi tutkija. Sitten hitaasti ilmeni kaavoja. Kulttuurit alkoivat aktivoitua tarkemmin kohteita kohti, kulkea käytäviä useammin ja suosia toimintoja, jotka johtivat menestykseen.

Kikka ei ollut taikuutta vaan käännöstä. Tiimi muunsi Doomin visuaalit ja tapahtumat sähköisiksi stimulaatiokuvioiksi, jotka neuronit pystyivät tulkitsemaan. Tietyt CL1:n läpi sijoitetut elektrodit aktivoituivat, kun vihollinen ilmestyi tai liikkuminen oli tarpeen. Neuronien vastaukset—tallennettuina tuhansina pieninä piikkeinä näytölle—luettiin takaisin ohjelmistolla, joka sääti syötteitä vahvistaakseen edullista toimintaa. Käytännössä soluja ohjattiin kohti tavoitelähtöistä käytöstä.

Se ei ole virheetöntä. Yksi demoni voi vaatia useita kaoottisia tulisoittoja ennen kaatumistaan. Neuronit eivät noudata koodia kuten pii; ne sopeutuvat, improvisoivat ja epäonnistuvat joskus näyttävästi. Mutta juuri se improvisointi on olennaista. Nämä kulttuurit osoittavat reaaliaikaista plastisuutta ja oppimiskäyttäytymistä, jotka muistuttavat alkeellista ongelmanratkaisua enemmän kuin pelkkää signaalinkäsittelyä.

Tutkijat näkevät CL1:n enemmän alustana kuin kuriositeettina, joka voisi yhdistää elävän hermokudoksen koneisiin tehtävissä robotiikasta lääke seulontaan ja jopa henkilökohtaiseen lääketieteeseen.

Käytännön rajoituksia on. Kulttuurit elävät noin kuusi kuukautta ja tuottavat tällä hetkellä epävakaita, vaikeasti ohjelmoitavia vasteita. Silti niiden energiaprofiili on kiinnostava. Ihmisaivot hoitavat valtavia laskutoimituksia noin 20 watin teholla, mihin perinteiset sirut ja tekoälyjärjestelmät tuskin yltävät. Biologinen laskennallinen kerros, joka toimii tehokkaasti, voisi avata biohybridilaskennan ja matalaenergiseen laskentaan liittyviä mahdollisuuksia sekä muuttaa käsitystämme kestävästä älykkyydestä.

Onko tässä yritys korvata tekoäly? Ei oikein. Kehittäjät sanovat tavoitteen olevan täydentävä: tarjota insinööreille uudenlaista adaptiivista käyttäytymistä ja tutkia biologisia vasteita tavoilla, joihin pelkät piijärjestelmät eivät pysty. Alan toimijat näkevät lupauksen, mutta eivät puhu välittömästä vallankumouksesta; työ on asteittaista, kokeellista ja sidottu laboratoriotasoihin ja mikroskooppeihin.

On houkuttelevaa hylätä koe scifi-viihteenä. Mutta kun tutkijat näkevät elävien verkostojen oppivan sääntöjä, kulkevan vihamielisellä kartalla ja parantavan toimintaansa palautteen avulla, viihteellisyys muuttuu menetelmäksi. Jos elävät sirut voidaan ohjata hyödyllisiin, toistettaviin tehtäviin, niistä voi tulla työkaluja lääkelöydöksiin, taudin mallintamiseen ja matalaenergiiseen laskentaan.

Tällä hetkellä Doom toimii koettona: sotkuinen, visuaalinen ja armoton, täydellinen testaamaan, voiko kudos muodostaa merkityksellisiä tulo-lähtöyhteyksiä upotettuna suunniteltuun järjestelmään. Laajempi kysymys ei ole, voivatko neuronit pelata videopelejä, vaan millaista älykkyyttä syntyy, kun biologia ja elektroniikka oppivat puhumaan samaa kieltä.