سلول‌های مغز موش و انسان در یک ظرف آزمایشگاهی بازی ویدیویی Pong: Shots را یاد می‌گیرند


ظرفی از سلول های مغز زنده یاد گرفته است که بازی آرکید پونگ دهه ۱۹۷۰ را بازی کند.

یک تیم در مجله گزارش می دهد که حدود ۸۰۰۰۰۰ سلول متصل به یک کامپیوتر به تدریج یاد گرفتند که موقعیت توپ الکترونیکی بازی را حس کنند و یک دست و پا زدن مجازی را کنترل کنند. نورون.

این دستاورد جدید بخشی از تلاش برای درک چگونگی یادگیری مغز و چگونگی هوشمندتر کردن رایانه ها است.

برت کاگان، نویسنده این مطالعه و مدیر ارشد علمی آزمایشگاه کورتیکال در ملبورن استرالیا، می‌گوید: «ما در محاسبات سیلیکونی گام‌های بزرگی برداشته‌ایم، اما آنها هنوز هم سفت و سخت و غیرقابل انعطاف هستند. “این چیزی است که ما در زیست شناسی نمی بینیم.”

کاگان می گوید، برای مثال، هم رایانه ها و هم مردم می توانند درست کردن یک فنجان چای را یاد بگیرند. اما مردم می توانند آنچه را که یک کامپیوتر آموخته اند تعمیم دهند.

او می گوید: “شاید هرگز به خانه شخص دیگری نرفته باشید، اما با کمی جست و جو و جست و جو می توانید تا زمانی که مواد لازم را داشته باشم، یک فنجان چای مناسب درست کنید.” اما حتی یک کامپیوتر بسیار قدرتمند برای انجام این کار در یک محیط ناآشنا مشکل دارد.

بنابراین آزمایشگاه های کورتیکال سعی کرده اند بفهمند که سلول های مغز زنده چگونه این نوع هوش را به دست می آورند. و کاگان می گوید که آزمایش پنگ راهی برای شرکت برای پاسخ به یک سوال کلیدی در مورد اینکه چگونه شبکه ای از سلول های مغز یاد می گیرد رفتار خود را تغییر دهد، بود:

کاگان می‌گوید: «اگر به این سلول‌ها اجازه دهیم که نتیجه اعمال خود را بدانند، آیا واقعاً می‌توانند به نوعی هدف‌دار تغییر کنند؟»

برای کشف این موضوع، دانشمندان از سیستمی به نام DishBrain استفاده کردند.

این تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی یک کشت عصبی را نشان می دهد که روی یک آرایه چند الکترودی با چگالی بالا رشد می کند. این سیستم به محققان اجازه داد تا نورون ها را برای بازی ویدیویی Pong آموزش دهند.

آزمایشگاه های قشر مغز


مخفی کردن عنوان

تغییر عنوان

آزمایشگاه های قشر مغز


این تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی یک کشت عصبی را نشان می دهد که روی یک آرایه چند الکترودی با چگالی بالا رشد می کند. این سیستم به محققان اجازه داد تا نورون ها را برای بازی ویدیویی Pong آموزش دهند.

آزمایشگاه های قشر مغز

لایه‌ای از نورون‌های زنده روی یک تراشه سیلیکونی ویژه در ته ظرفی به اندازه انگشت شست پر از مواد مغذی رشد می‌کنند. این تراشه که به یک کامپیوتر متصل است، هم می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی تولید شده توسط نورون‌ها را شناسایی کند و هم سیگنال‌های الکتریکی را به آنها برساند.

برای آزمایش توانایی یادگیری سلول‌ها، رایانه یک بازی Pong را تولید کرد، یک نسخه دو بعدی از تنیس روی میز که به عنوان یکی از اولین و ابتدایی‌ترین بازی‌های ویدیویی، طرفداران زیادی پیدا کرد.

پونگ روی صفحه ویدئو پخش می شود. یک مستطیل سیاه جدول را مشخص می کند و یک مکان نما سفید نشان دهنده دست و پا زدن هر بازیکن است که می تواند به سمت بالا یا پایین حرکت کند تا توپ سفید را قطع کند.

در نسخه ساده‌شده مورد استفاده در آزمایش، یک دست و پا زدن در سمت چپ میز مجازی وجود داشت و توپ تا زمانی که از دست و پا زدن فرار کند، از طرف‌های دیگر جدا می‌شد.

برای اینکه سلول‌های مغز بتوانند بازی را انجام دهند، کامپیوتر سیگنال‌هایی را برای آنها ارسال کرد که نشان می‌داد توپ در حال پرش کجاست. در همان زمان، شروع به نظارت بر اطلاعاتی که از سلول ها به شکل پالس های الکتریکی می آمد، کرد.

کاگان می‌گوید: «ما آن اطلاعات را گرفتیم و اجازه دادیم روی بازی پنگی که آنها انجام می‌دادند تأثیر بگذارد. “بنابراین آنها می توانند دست و پا زدن را به اطراف حرکت دهند.”

در ابتدا، سلول‌ها سیگنال‌های دریافتی از رایانه را درک نمی‌کردند، یا نمی‌دانستند چه سیگنال‌هایی را به سمت دیگر ارسال کنند. آنها همچنین دلیلی برای بازی کردن نداشتند.

بنابراین دانشمندان سعی کردند با استفاده از تحریک الکتریکی، سلول‌ها را تحریک کنند: یک انفجار خوب سازمان‌یافته از فعالیت‌های الکتریکی در صورتی که آن را درست انجام دهند. وقتی آنها اشتباه کردند، نتیجه یک جریان آشفته نویز سفید بود.

کاگان می گوید: “اگر آنها توپ را بزنند، ما چیزی قابل پیش بینی به آنها می دهیم.” وقتی آنها آن را از دست دادند، چیزی به دست آوردند که کاملاً غیرقابل پیش بینی بود.»

این استراتژی بر اساس اصل انرژی آزاد بود که بیان می‌کند سلول‌های مغز می‌خواهند بتوانند آنچه را که در محیطشان می‌گذرد پیش‌بینی کنند. بنابراین آنها تحریک قابل پیش بینی را به تحریک غیرقابل پیش بینی انتخاب می کنند.

رویکرد کار کرد. سلول ها شروع به یادگیری ایجاد الگوهای فعالیت الکتریکی کردند که دست و پا را جلوی توپ حرکت می داد و به تدریج رالی ها طولانی تر شدند.

سلول های مغز هرگز در پونگ آنقدر خوب نبودند. کاگان می‌گوید، اما جالب است که سلول‌های مغز انسان به سطح کمی بالاتر از سلول‌های مغز موش دست پیدا می‌کنند.

کاگان می‌گوید و با توجه به اینکه هر شبکه سلول‌های کمتری نسبت به مغز یک سوسک داشت، سطح بازی قابل‌توجه بود.

او می‌گوید: «اگر می‌توانستید سوسکی را ببینید که در حال بازی پونگ است و می‌توانست دو برابر دفعاتی که توپ را از دست می‌داد ضربه بزند، تحت تأثیر آن سوسک قرار می‌گیرید».

کاگان می گوید، نتایج به آینده ای اشاره می کند که در آن زیست شناسی به رایانه ها کمک می کند تا با تغییر روش یادگیری، هوشمندتر شوند.

استیو ام. پاتر، استادیار در جورجیا تک، می‌گوید: اما احتمالاً هنوز راه زیادی در پیش است.

او می‌گوید: «ایده رایانه‌ای که دارای اجزای زنده باشد، هیجان‌انگیز است و در حال تبدیل شدن به واقعیت است». با این حال، انواع یادگیری که این چیزها می توانند انجام دهند در حال حاضر کاملاً ابتدایی است.

با این حال، پاتر می‌گوید سیستمی که به سلول‌ها اجازه می‌دهد پونگ را یاد بگیرند، می‌تواند ابزاری عالی برای انجام تحقیقات باشد.

او می‌گوید: «این یک مدل حیوانی نیمه زنده است که می‌توان از آن برای مطالعه انواع مکانیسم‌های سیستم عصبی، نه فقط یادگیری، استفاده کرد».