خلايا دماغ بشرية مزروعة في المختبر تتعلم لعب Doom في تجربة رائدة للحوسبة البيولوجية

في تطور علمي يمحو الحدود بين علم الأحياء والحوسبة، أعلنت شركة Cortical Labs الأسترالية أن شريحتها CL-1—المكونة من 200 ألف خلية عصبية بشرية مزروعة في المختبر—تمكنت من تعلم لعب لعبة Doom الأيقونية الصادرة عام 1993. يمثل هذا الإنجاز قفزة نوعية مقارنة بتجربة الشركة في عام 2022، عندما أظهرت لأول مرة خلايا دماغية تلعب لعبة Pong البسيطة.

من Pong إلى Doom: نقلة نوعية في الحوسبة البيولوجية

يشكل هذا الإنجاز خطوة مهمة في مجال الحوسبة البيولوجية، حيث يتم دمج الخلايا العصبية الحية مع الأنظمة الإلكترونية لإنشاء وحدات معالجة هجينة. ومن المثير للاهتمام أنه بينما استخدمت تجربة Pong في 2022 حوالي 800 ألف خلية عصبية، فإن نظام Doom الحالي يعمل بـ 200 ألف خلية عصبية فقط—مما يُظهر تحسينات ملحوظة في الكفاءة في كيفية تدريب واستخدام الشبكات العصبية، رغم أن لعب Doom يتطلب قدرة أعلى بكثير على اتخاذ القرارات والوعي المكاني.

وفقاً للتقارير، يعمل النظام عن طريق ترجمة البيانات البصرية من شاشة اللعبة إلى أنماط من التحفيز الكهربائي يمكن للخلايا العصبية معالجتها. تستجيب خلايا الدماغ المستنبتة بإشارات كهربائية خاصة بها، والتي يتم تفسيرها كأوامر تحكم لبطل اللعبة المعروف باسم Doomguy. يمثل هذا التواصل ثنائي الاتجاه بين الأنظمة البيولوجية والرقمية إنجازاً رائعاً في هندسة الأعصاب.

كيف يعمل النظام: العلم وراء الألعاب البيولوجية

تتكون شريحة CL-1، والتي يشار إليها أحياناً باسم "DishBrain" في المنشورات البحثية السابقة، من حوالي 200 ألف خلية عصبية بشرية مزروعة في طبق مختبري. تشكل هذه الخلايا العصبية روابط طبيعية مع بعضها البعض، مما يخلق شبكة عصبية بدائية مشابهة—وإن كانت أبسط بكثير—لتلك الموجودة في أدمغة البشر.

تُزرع الخلايا العصبية على مصفوفة متعددة الأقطاب الكهربائية يمكنها تحفيز الخلايا بنبضات كهربائية وتسجيل استجاباتها في آن واحد. عندما يواجه Doomguy عدواً أو عقبة على الشاشة، يتم تحويل تلك المعلومات البصرية إلى أنماط محددة من النشاط الكهربائي الذي يُرسل إلى الخلايا العصبية. تعالج الخلايا هذه المعلومات وتولد استجابات كهربائية خاصة بها، والتي يفسرها النظام كأوامر حركة.

ما يجعل هذا الأمر ملفتاً بشكل خاص هو أن الخلايا العصبية تبدو وكأنها تتعلم من التغذية الراجعة. عندما يتعرض Doomguy للضرر أو يفشل في التقدم، تتلقى مزرعة الخلايا العصبية إشارات تغذية راجعة تساعدها على تعديل استجاباتها مع مرور الوقت—وهي عملية مماثلة لكيفية تعلم الأدمغة البيولوجية من خلال التجربة والخطأ.

الآثار المترتبة على الذكاء الاصطناعي وعلم الأعصاب

لهذه التجربة آثار عميقة على مجالات متعددة. بالنسبة لعلماء الأعصاب، فهي توفر نافذة فريدة على كيفية معالجة الشبكات العصبية للمعلومات والتعلم من التجربة. على عكس الشبكات العصبية الاصطناعية التقليدية في أجهزة الكمبيوتر، هذه خلايا عصبية بيولوجية حقيقية تشكل روابط متشابكة فعلية.

بالنسبة لصناعة الذكاء الاصطناعي، تقدم الحوسبة البيولوجية بديلاً مثيراً لمعالجات السيليكون التقليدية. الخلايا العصبية تتمتع بكفاءة طاقة عالية بشكل لا يصدق مقارنة برقائق الكمبيوتر التقليدية، وتتفوق في أنواع معينة من التعرف على الأنماط والتعلم التكيفي التي لا تزال تشكل تحدياً لأنظمة الذكاء الاصطناعي التقليدية.

صرح الدكتور بريت كاغان، كبير المسؤولين العلميين في Cortical Labs، سابقاً أن هذه التجارب تساعد الباحثين على فهم المبادئ الأساسية للذكاء والتعلم. وأوضح كاغان في مقابلات سابقة: "نحن لا نحاول خلق وعي، بل نحاول فهم كيف تعالج شبكات الخلايا العصبية المعلومات وتتكيف مع بيئتها."

الاعتبارات الأخلاقية والتوجهات المستقبلية

يثير هذا التقدم أيضاً أسئلة أخلاقية مهمة حول طبيعة الحوسبة البيولوجية. على الرغم من أن هذه المزارع العصبية أبسط بكثير من أدمغة حتى أبسط الحيوانات وتفتقر إلى أي شيء يشبه الوعي، فإن استخدام خلايا عصبية مشتقة من البشر في أنظمة الحوسبة سيتطلب رقابة أخلاقية دقيقة مع تقدم التكنولوجيا.

تتطلع Cortical Labs إلى تطبيقات تتجاوز العروض التوضيحية للألعاب. وتشمل الاستخدامات المحتملة:

• اكتشاف الأدوية: اختبار المركبات الصيدلانية على خلايا عصبية بشرية للتنبؤ بالفعالية والآثار الجانبية
• المستشعرات البيولوجية: إنشاء أنظمة كشف عالية الحساسية للرصد البيئي
• وحدات التحكم التكيفية: تطوير معالجات بيولوجية يمكنها التعلم والتكيف بطرق يصعب على أجهزة الكمبيوتر التقليدية القيام بها
• أبحاث الواجهات العصبية: تطوير تكنولوجيا واجهة الدماغ والكمبيوتر من خلال فهم أفضل لكيفية تواصل الخلايا العصبية مع الأنظمة الإلكترونية

السياق الأوسع للحوسبة البيولوجية

Cortical Labs ليست وحدها في استكشاف حدود الحوسبة البيولوجية. تحقق مؤسسات بحثية في جميع أنحاء العالم في طرق تسخير الأنظمة البيولوجية للحوسبة. تعمل بعض الفرق مع مستعمرات بكتيرية، وأخرى مع بروتينات مهندسة، وأخرى مع دوائر بيولوجية اصطناعية.

ومع ذلك، فإن استخدام Cortical Labs للخلايا العصبية البشرية الفعلية يمثل أحد أكثر المناهج المباشرة لفهم كيفية عمل الشبكات العصبية البيولوجية. إن اختيار Doom كمنصة اختبار—على الرغم من أنه يجذب الانتباه—سليم علمياً. تخلق البيئة ثلاثية الأبعاد للعبة، وذكاء الأعداء الاصطناعي، وإدارة الموارد مساحة مشكلة معقدة تختبر قدرة الخلايا العصبية على التعلم والتذكر واتخاذ القرارات.

ما التالي؟

بينما تشكل مشاهدة الخلايا العصبية وهي تلعب Doom عناوين مثيرة للاهتمام، تكمن الأهمية الحقيقية في ما يمكن أن تمكّنه هذه التكنولوجيا. مع نضج مجال الحوسبة البيولوجية، قد نرى أنظمة هجينة تجمع بين كفاءة وقدرة التكيف للخلايا العصبية البيولوجية مع دقة وقابلية التوسع لمعالجات السيليكون.

في الوقت الحالي، تواصل Cortical Labs تحسين تقنيتها، واستكشاف مهام أكثر تعقيداً والعمل على فهم المبادئ الأساسية التي تحكم كيفية تعلم وتكيف هذه الشبكات العصبية. أشارت الشركة إلى أن التجارب المستقبلية ستتضمن تحديات أكثر تطوراً تدفع حدود ما يمكن أن تحققه الحوسبة البيولوجية.

لم يعد السؤال هو ما إذا كان يمكن دمج الأنظمة البيولوجية مع التكنولوجيا الرقمية، بل إلى أي مدى يمكننا الذهاب في هذا التكامل—وما هي القدرات الجديدة التي ستنشأ من زواج الأجهزة الرطبة والبرمجيات.

مع تطور هذا المجال، هناك شيء واحد مؤكد: قد يكون مستقبل الحوسبة أكثر بيولوجية مما تخيلنا على الإطلاق.