“DishBrain” adı verilen sistem gelecekte epilepsi ve demans ilaçlarının test edilmesi için önemli olabilir.
Bilim insanları bir kapta 800.000 canlı beyin hücresine ikonik atari oyunu “Pong “un nasıl oynanacağını öğretti.
Bu çalışma Cortical Labs, Monash Üniversitesi, RMIT Üniversitesi, University College London ve Kanada İleri Araştırmalar Enstitüsü’nden nörobilimci ve programcılardan oluşan bir ekip tarafından gerçekleştirildi. Detaylı bulguları bu ayın başlarında Neuron dergisinde yayınlandı.
Tabii ki gerçek düzenek, bir Petri kabına bir nöron yığını koymaktan daha karmaşık. DishBrain adı verilen bu sistemde sinir hücreleri, nörondaki elektrik aktivitesindeki çok küçük değişiklikleri okuyabilen bir tür CMOS çipi gibi olan çok elektrotlu bir dizinin üzerine yerleştiriliyor.
Sinir hücreleri iyi bilinen aksiyon potansiyellerine sahiptir – hücre zarı boyunca belirli bir voltaj değişikliği dizisine yanıt olarak ateşlenirler. Bu da onların neredeyse bir bilgisayar devresindeki kapılar gibi davranmasını sağlar.
Hücreler birbirlerine bağlanır, çipe entegre olur ve aylarca hayatta kalabilir. Elektrot dizisi, araştırmacıların sinir hücrelerinden gelen sinyalleri ızgara üzerindeki belirli konumlara belirli bir hızda göndermelerine ve okumalarına olanak tanıyor. Böylece, dizideki elektrotlar DishBrain’e topun nerede olduğunu söylemek için bir tarafta ya da diğer tarafta ateşlenebilir ve sinyallerin sıklığı topun raketten ne kadar uzakta olduğunu gösterebilir. DishBrain, önceden programlanmış belirli bir elektrot düzenini aydınlatarak, oyun içi raketin yukarı ve aşağı hareket ettirilmesi gibi motor aktiviteleri tetikleyebilir.
Biyoteknoloji şirketi Cortical Labs’in baş bilimsel sorumlusu ve Neuron makalesinin baş yazarı Brett Kagan, “Sadece bu çok küçük elektrik sinyalleri aracılığıyla dışarı giden bilgiyi çözebilir ve içeri giren bilgiyi kodlayabilir ve bunu hücrelere ne olduğunu temsil etmek için kullanabiliriz” diyor. “Video oyunları insanların neler olup bittiğini anlamalarına yardımcı oluyor. Bunu sadece rastgele sayıların bir fonksiyonu olarak yapsaydık, insanlar sonuçların önemini takdir etmez ya da anlamazlardı.”
Peki neden “Pong “u seçtiler?
Kagan, “Bilimsel açıdan bakıldığında, gerçek zamanlı, sürekli ve gerçekten ayrı bir kaybetme koşulu olan (kazanma koşulu o kadar önemli değildi), kavramsallaştırılması ve hücrelere kodlanması oldukça kolay bir göreve ihtiyacımız vardı” diyor.
Bu oyun aynı zamanda hesaplamalı sinirbilim topluluğu için de bir test ortamı olmuştur. Örneğin, 2013 yılında Google’ın DeepMind’ı makine öğrenimi algoritmalarını eğitmek için “Pong “u kullandı.
“Düşünürseniz, bu ortamın nasıl çalıştığına dair gerçekten yaklaşık altı kural var. Biz buna yapılandırılmış bilgi ortamı diyoruz” diyor Cortical Labs’in CEO’su Hon Weng Chong. “Elde ettiğimiz sonuç, bu nöronların [bu altı kuraldan etkilenerek] kendi içlerinde bir model oluşturmaya çalışıyor olmaları gerektiği. Her ne ise, henüz tam olarak bilmiyoruz ve bu daha fazla çalışma için dışarıda. Ve bunu, belirlediğimiz parametreleri optimize etmek için kullanmaya çalışıyor: topu kaçırma, topa vur.”
Ekip, DishBrain’den tam olarak nasıl bir “zeka” algılandığını bulmanın ötesinde, bir sonraki adım olarak, performansını yapay bir sinir ağına karşı test etmek istiyor. Ayrıca DishBrain’in uyuşturucu ve alkol etkisi altındayken oyunu ne kadar iyi oynadığını görmek istiyorlar.
Chong, “Bu nöronların gerçek ilaç deneylerinde ve keşiflerinde ve ayrıca kişiselleştirilmiş tıpta kullanılabileceğini doğrulamanın bir yolu olarak oyunu oynama yetenekleri üzerinde bir doz yanıt eğrisi olduğunu göstermek istiyoruz” diyor.
Cortical Labs Mart 2020’de gizlilikten çıktığında, biyolojik bilgisayar çipleri inşa etme hedefine sahipti.
Kagan, beyin hücrelerinin, dağlar kadar girdi örneğine ihtiyaç duymadan bilgiyi gerçek zamanlı olarak verimli bir şekilde işleyebilen ilginç bir biyomateryal sistemi olduğunu belirtiyor. “Çok basit bir sistem olan bir sinek, çevresinde gezinme açısından en iyi makine öğreniminden daha genel bir zekaya sahiptir” diyor. “Bunu güç tüketiminin çok küçük bir kısmıyla yapıyor. Neden kullanabileceğiniz bir şeyi taklit edesiniz ki?”
Ancak bu tür çipleri bilgisayar bilimleri araştırmalarındaki uygulamalar için kullanmak ilginç olsa da Cortical Labs’in teknoloji platformunu nasıl ticarileştirmeyi planladığına dair daha acil bir odağı var.
Chong, “Bence bizim için birincil ticari yön, demans araştırmaları, epilepsi ve hatta depresyon gibi çok zor alanlardaki araştırmacıların yeni tedaviler ve yeni ilaçlar aramak için geliştirdiğimiz teknolojiyi kullanmalarına yardımcı olmak” diyor. “Şirkette gözlemlemeye çalıştığımız ticarileştirme bakış açısı da bu.”
DishBrain’de kullanılan sinir hücreleri pluripotent insan kök hücrelerinden türetilebildiğinden, bu kişiselleştirilmiş tıp için olanaklar sunuyor. Chong, “Donörlerden örnekler alabilir, genotipik olarak benzer nöronlar yetiştirebilir ve bunları daha sonra donör hücreleriyle aynı parametrelere sahip olacak ilaçları test etmek için kullanabiliriz” diyor. Bu da epilepsi gibi hastalıklar için farklı tedavilerin denenmesi sürecini kısaltabilir. “En az yan etkiyle en iyi sonucu almak için hangi ilacı almanız gerektiğinin cevabını hemen alabileceğiniz bir sisteminiz olsaydı, bu hastalığa sahip birçok insanın hayatı için büyük bir oyun değiştirici olurdu.”
*Bu yazı What Pong-playing brain cells can teach us about better medicine and AI başlıklı yazıdan çevrilmiştir.
