「脳オルガノイド」バイオチップが優れた音声認識能力と数学能力を発揮

思考、理解、学習を司る生物学的中枢は、非常に高度な処理装置が何列も並ぶデータ センターと驚くほど似ています。しかし、ニューラル ネットワーク データ センターとは異なり、人間の脳は電気エネルギーの予算で動作します。平均すると、脳はおよそ 12 ワットの電力で動作しますが、デスクトップ コンピューターは 175 ワットです。今日の高度な人工知能システムでは、そのワット数は簡単に数百万にまで増加します。

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これを踏まえて、研究者たちはサイボーグ「バイオコンピューター」の開発が、最終的には比較的わずかなエネルギーコストで高性能なインテリジェントシステムの新時代を導く可能性があると考えています。そして、研究者たちはすでに、そのような未来の実現に向けて大きな前進を遂げています。

Nature Electronicsに掲載された新しい研究で詳述されているように、インディアナ大学の研究チームは、ヒト幹細胞を使用してペトリ皿で独自のナノスケールの「脳オルガノイド」を成長させることに成功しました。オルガノイドをシリコンチップに接続した後、新しいバイオコンピューター（「Brainoware」と名付けられました）は、音声パターンを正確に認識し、特定の複雑な数学的予測を実行するようにすぐにトレーニングされました。

New Atlas の説明によると、研究者たちは Brainoware を、いわゆる「適応型生体リザーバー」として扱い、電気入力に「非線形」に反応する能力を持ち、少なくともある程度の記憶力も備えていることを確認した。簡単に言えば、シリコン有機チップ内の研究室で培養された脳細胞は、電気信号の受信と送信の両方が可能な情報送信機として機能する。これらの機能は Brainoware に何らかの認識や意識があることを示唆するものではまったくないが、興味深い結果を得るのに十分な計算能力を備えている。

ブレイノウェアの能力をテストするため、研究チームは成人男性の日本語話者の音声クリップ 240 本を電気信号に変換し、オルガノイド チップに送信しました。2 日以内に、ブレイノウェアを部分的に活用したニューラル ネットワーク システムは、1 つの母音のみを使用して、8 人の話者を 78 パーセントの確率で正確に区別できるようになりました。

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次に、研究者たちは、自分たちが作ったものの数学的知識を使って実験しました。比較的短いトレーニング時間の後、Brainoware はヘノン マップを予測することができました。ヘノン マップは、混沌とした動作を示す動的システムとして最も研究されている例の 1 つですが、控えめに言っても、単純な算術よりもはるかに複雑です。

結局、Brainoware の設計者たちは、このような人間の脳オルガノイド チップがニューラル ネットワーク テクノロジーの基盤となり、既存のオプションよりも高速、安価、低エネルギーで実現できる可能性があると考えています。ロジスティック面でも倫理面でも、クリアすべきハードルはまだいくつかありますが、一般的なバイオコンピューティング システムは何年も先になるかもしれませんが、研究者たちは、このような進歩が「学習のメカニズム、神経発達、神経変性疾患の認知的影響に関する基礎的な洞察を生み出す可能性が高い」と考えています。

しかし今のところは、Brainoware がPongのゲームでどのように活躍できるかを見てみましょう。