робот с человеческим мозгом
Учёные испугались первого в мире робота с «живым» мозгом
Команда учёных из Японии разработала робота, который умеет «думать», как человек. Как пишет Express, исследователи из Токийского университета добились такого результата при помощи уникальной технологии: этот робот использует искусственные нейроны, очень похожие на те, которые можно найти в клетках мозга человека.
Робота подключили к такому искусственному мозгу, и при помощи стимуляции нейронов электричеством учёные «научили» его выполнять простые задания.
Первый такой успешный эксперимент заключался в том, чтобы научить миниатюрного робота находить определённый чёрный круглый объект в лабиринте. Если робот отклонялся от пути, который привёл бы его к цели, в его «мозг» учёные отправляли электронные импульсы. Если же робот направлялся прямо к цели, его «поддерживали» гомеостатическими импульсами.
Робот смог успешно достичь цели в четырёх разных лабиринтах, при этом никаких других сенсоров на роботе установлено не было. У него не было «электронных глаз» — он мог полагаться только на свой «мозг».
«На эту разработку меня вдохновили наши ранние эксперименты, в которых мы выдвинули гипотезу, что интеллект в живых организмах возникает благодаря механизму, который извлекает последовательный результат из неорганизованного, хаотического состояния», — рассказал ведущий автор исследования Хирокадзу Такахаси.
Другие учёные уже выражают опасения по поводу таких «человекоподобных» проявлений искусственного интеллекта. Например, Европейская комиссия запустила проект Robotics4EU, который призван не только помогать внедрять роботизацию и использование искусственного интеллекта в странах Европы, но и предупреждать о возможных этических и технических проблемах, связанных с этими отраслями.
Одной из важнейших проблем, которые выделяют учёные, является тот факт, что разумные роботы могут потенциально оставить большинство людей без работы. Многие изобретатели и учёные, в том числе Илон Маск, подписали открытое письмо, которое призывает международное сообщество ввести полный запрет на использование «летального автономного оружия».
Ученые вырастили крошечные человеческие мозги и вставили их в роботов
Да, вы все прочитали правильно. Ученые действительно вырастили маленькие мозги, представляющие собой клеточные структуры, которые испускают мозговые волны. Чтобы уловить нейронную активность, их даже отправили в космос. А в одном из экспериментов поместили в паукообразного робота. Эти маленькие мозги представляют из себя крохотные клеточные структуры, выполняющие специализированные функции. Их называют органоидами. К органоидам относят рибосомы, хромосомы, митохондрии и другие составные части клеток. В лаборатории Калифорнийского университета ученые превратили клетки человеческой кожи в стволовые клетки, а затем добились того, чтобы органоиды развивались как клетки мозга у эмбрионов. Неужели будущее наступило?
Ученые создали крошечные мозги и вставили в роботов. Да, будущее наступило!
Зачем выращивают органоиды?
Все началось шесть лет назад. Именно тогда ученые впервые создали органоид мозга из клеток кожи человека. Сегодня их выращивают в лабораториях по всему миру. Это дает ученым возможность по-новому взглянуть на самые ранние стадии развития человеческого мозга.
Органоиды, которые сейчас находятся в космосе, после всех проведенных манипуляций превратились в шарики размером с булавочную головку, каждая из которых содержит в себе сотни тысяч клеток разных типов. Каждая из которых, в свою очередь, производит те же химические и электрические сигналы, что и клетки в нашем мозге.
А вы знали о существовании робота, который проникает прямо в человеческий мозг?
NASA отправили органоиды прямиком на борт Международной космической станции чтобы посмотреть, как они будут развиваться в условиях невесомости. Их положили в металлический ящик вместе с пакетами с питательным бульоном. Специалисты полагают, что на данном этапе органоиды размножаются невероятно быстро.
Контейнер с органоидами
Но самое интересное заключается в том, что ученым удалось записать простые мозговые волны, исходящие от органоидов. Мозговые волны это сложные паттерны нервной активности. Они создаются в мозге взрослого человека синхронными сетями нейронов. Конкретные мозговые паттерны появляются когда мы видим сны или предаемся воспоминаниям.
Ученые записали мозговые волны этих крохотных мозговых органоидов и также обнаружили, что по мере их созревания, изменения волн напоминают изменения в развивающемся мозге недоношенных детей. Ставит ли это перед исследователями ряд сложных этических вопросов, как думаете? Давайте обсудим это в нашем Telegram-чате.
Пересадка мозга в робота
Ведущий автор исследования доктор Присцилла Муотри и ее коллеги испытывают различные способы стимуляции органоидов, чтобы у них начали развиваться более сложные нейронные сети. В одном эксперименте они поместили органоиды в маленького робота в форме паука. Компьютер переводил электрическую активность органоида в инструкции, получив которые, маленький паукообразный робот начинал передвигать ногами.
обот в лаборатории Калифорнийского университета, который общался с органоидом через компьютер.
Чтобы понять, что он приближается к стене во время движения, робот использовал датчики, определяющие его местоположение. Компьютер передавал эти сигналы органоиду в виде электрических импульсов.
На сегодняшний день ученые пока не могут сказать, повлияют ли эти эксперименты на дальнейшее развитие органоидов. Еще больше головокружительных историй читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен.
Тайны человеческого мозга
Как известно, мозг — это самый сложный орган в теле человека. Ученые все еще гадают о многих аспектах его работы. И именно поэтому органоиды так привлекательны — эти сравнительно простые нейронные шарики имитируют некоторые характеристики полноценного мозга. Однако новое исследование, опубликованное в четверг в журнале Cell, предполагает, что органоиды могут иметь более сложную структуру, чем считалось ранее.
Полученные данные могут быть признаком того, что ученые приближаются к способности генерировать хотя бы частично осознанную жизнь в лаборатории. Если так, нейробиологам придется столкнуться с серьезной этической дилеммой — продолжение экспериментов может означать создание и разрушение самосознательной, жизни, подобной человеческой.
Многие ученые относятся к подобным предположениям скептически, однако автор исследования призывает своих коллег тщательно подумать о том, что они могут создать, пусть и непреднамеренно. А как вы думаете, органоиды обладают сознанием?
Как устроены современные роботы и как они помогают изучать мозг человека
Материал предоставлен РБК Трендам порталом HSE.RU.
Роботы интересны нейронаукам, а нейронауки интересны роботам — об этом была наша статья «Neuroengineering challenges of fusing robotics and neuroscience» в журнале Science Robotics. Такое совместное развитие способствует прогрессу в обеих отраслях, приближая нас к созданию более совершенных роботов-андроидов и к более глубокому пониманию устройства нашего мозга. А в какой-то степени — к объединению биологических организмов с машинами, к созданию кибернетических организмов (киборгов).
Нейронаука для роботов
По своему устройству роботы нередко копируют человека. Это касается той части роботов, которым важно имитировать человеческие действия и поведение — индустриальным машинам нейронауки не так важны.
Самое очевидное, что могут использовать при разработке робота — делать его внешне похожим на человека. Роботы часто имеют две руки, две ноги и голову, даже если это не обязательно с инженерной точки зрения. Особенно это важно в тех случаях, когда робот будет взаимодействовать с людьми — похожей на нас машине проще доверять.
Можно сделать так, чтобы не только внешний вид, но и «мозг» робота был похож на человеческий. Разрабатывая механизмы восприятия, обработки информации и управления, инженеры вдохновляются устройством нервной системы людей.
Например, глаза робота — телекамеры, которые могут двигаться в разных направлениях — имитируют зрительную систему человека. Опираясь на знание о том, как устроено зрение человека и как происходит обработка зрительного сигнала, инженеры проектируют сенсоры робота по тем же принципам. Таким образом робота можно наделить, например, человеческой способностью видеть мир трехмерным.
У человека есть вестибулоокулярный рефлекс: глаза при перемещении стабилизируются с учетом вестибулярной информации, что позволяет сохранять стабильность картинки, которую мы видим. На теле робота также могут быть датчики ускорения и вертикализации. Они помогают роботу учитывать движения тела для стабилизации зрительного восприятия внешнего мира и совершенствования ловкости.
Кроме того, робот может ощущать точно так же, как человек — на роботе может быть кожа, он может чувствовать прикосновение. И тогда он не просто произвольно движется в пространстве: если он дотрагивается до препятствия, он его ощущает и реагирует так же, как человек. Он может использовать эту искусственную тактильную информацию и для схватывания предметов.
У роботов можно имитировать даже болевые ощущения: какое-то прикосновение ощущается нормально, а какое-то вызывает боль, что в корне меняет поведение робота. Он начинает избегать боли и вырабатывает новые модели поведения, то есть обучается — как ребенок, который впервые обжегся чем-то горячим.
Не только сенсорные системы, но и управление своим телом у робота можно спроектировать по аналогии с человеком. У людей ходьбой управляют так называемые центральные генераторы ритма — специализированные нервные клетки, предназначенные для контроля автономной моторной активности. Есть роботы, в которых для управления ходьбой была использована та же идея.
Кроме того, роботы могут обучаться у людей. Робот может совершать действия бесконечным числом способов, но если он хочет имитировать человека, он должен наблюдать за тем, как человек это делает, и пытаться повторить это движение. При совершении ошибок он сравнивает это с тем, как это же действие совершает человек.
Роботы для нейронауки
Как может использовать роботов нейронаука? Когда мы изготовляем модель биологической системы, мы начинаем лучше понимать, по каким принципам она работает. Поэтому создание механических и компьютерных моделей управления движениями нервной системой человека приближает нас к пониманию нервных функций и биомеханики.
А наиболее перспективное направление использования роботов в современной нейронауке — это проектирование нейроинтерфейсов, систем для управления внешними устройствами с помощью сигналов мозга. Нейроинтерфейсы необходимы для разработки нейропротезов (например, искуственной руки для людей, лишившихся конечности) и экзоскелетов — внешних каркасов тела человека для увеличения его силы или восстановления утраченной двигательной способности.
Робот может взаимодействовать с нервной системой через интерфейс в двух направлениях: нервная система может подавать командный сигнал роботу, в робот от своих сенсоров может подавать человеку сенсорную информацию, вызывая реальные ощущения — за счет стимуляции нервов, нервных окончаний кожи, или самой сенсорной коры мозга. Такие механизмы обратной связи позволяют восстановить чувствительность конечности, если она была утрачена. Они также необходимы для более точных движений роботизированной конечностью, так как именно на основе сенсорной информации от рук и ног мы корректируем движения.
Здесь возникает интересный вопрос — следует ли нам управлять через нейроинтерфейс всеми степенями свободы робота, то есть насколько конкретные команды мы должны ему посылать. Например, можно «приказать» роботизированной руке взять бутылку воды, а конкретные операции — опустить руку, повернуть ее, разжать и сжать пальцы — она совершит сама. Этот подход называется совмещенным контролем — через нейроинтерфейс мы даем простые команды, а специальный контроллер внутри робота выбирает наилучшую стратегию для реализации. Либо можно создать такой механизм, который не поймет команды «взять бутылку»: ему нужно посылать информацию о конкретных, детализированных движениях.
Современные исследования
Ученые в области нейронаук и робототехники изучают различные аспекты работы мозга и устройства роботов. Так, в университете Дьюк я проводил эксперименты с нейроинтерфейсами на обезьянах — так как для точной работы интерфейсов необходимо их прямое подключение к зонам мозга и не всегда такие экспериментальные вмешательства возможны на людях.
В одном из моих исследований обезьяна ходила по дорожке, активность ее моторной коры ее мозга, ответственной за движение ног, считывалась и запускала ходьбу робота. При этом обезьяна наблюдала этого ходящего робота на экране, который был перед ней расположен.
Обезьяна использовала обратную связь, то есть корректировала свои движения на основе того, что она видит на экране. Таким образом разрабатываются наиболее эффективные для реализации ходьбы нейроинтерфейсы.
Кибернетическое будущее
Подобные исследования ведут нас к инновационным разработкам в будущем. Например, создание экзоскелета для восстановления движений у полностью парализованных людей уже не кажется недостижимой фантазией — необходимо только время. Этот прогресс может сдерживать недостаточная мощность компьютеров, но за последние десять лет развитие и здесь было колоссальным. Вполне вероятно. что скоро мы увидим вокруг людей, которые используют для передвижения не коляски, а легкий, удобный экзоскелет. Люди-киборги станут для нас чем-то обыденным.
Коммерческая разработка таких систем идет по всему миру, в том числе и в России. Например, в известном проекте ExoAtlet разрабатывают экзоскелеты для реабилитации людей с двигательными нарушениями. Центр биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ поучаствовал в разработке алгоритмов для этих машин: директор Центра профессор Алексей Осадчий и его аспиранты разработали нейроинтерфейс, запускающий шагательные движения экзоскелета.
Быстрое развитие человекоподобных роботов-андроидов тоже становится реальностью. Вполне вероятно, что скоро вокруг нас будут ходить роботы, которые будут имитировать нас во многих аспектах — двигаться как мы и думать как мы. Они смогут выполнять часть работы, прежде доступной только человеку.
Очевидно, что мы будем видеть развитие и робототехники, и нейронаук, и эти области будут сближаться. Это не только открывает новые возможности, но и создает новые этические вопросы: как мы должны относиться к роботам-андроидам или людям-киборгам.
И все-таки пока человек лучше, чем робот, во многих отношениях. Наши мышцы наиболее экономичны: достаточно съесть бутерброд, чтобы хватило энергии на весь день. У робота заряд батарей закончится через полчаса. И хотя может быть гораздо мощнее, чем человек, он часто оказывается слишком тяжелым. Элегантность и оптимизация энергетических затрат — тут человек пока превосходит робота.
Хотя недалеко то будущее, когда это изменится — в этом направлении работают десятки тысяч талантливых ученых и инженеров.
Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
Роботы с человеческим мозгом: почему пока это невозможно
Живой мозг, плавающий в прозрачной банке, окруженный трубками и проводами, способный при этом чувствовать и размышлять, – именно такое скорое будущее рисовали нам на прошедшей неделе заголовки научных сайтов. Еще бы, ведь каждое второе научно-популярное издание сообщило, что «мозг мыши смог прожить месяц вне черепа», а некоторые рассказали даже об «оживлении мозга». Действительность, как обычно, очень сильно отличается от журналистских фантазий.
Наш обозреватель Николай Гринько рассказывает, что же там произошло на самом деле.
На самом деле источником стала статья в узкоспециализированном журнале. В ней шла речь о работе японского Центра исследований динамики биологических систем RIKEN, где создали новую систему сохранения жизнеспособности клеток мозга. Сотрудники центра занимаются культивированием различных тканей. Когда для исследования берутся отдельные клетки, проблем с ними чаще всего не возникает: они неплохо себя чувствуют в лабораторных условиях. Но когда речь идет о более сложных структурах, важно, чтобы клетки в них как можно дольше не теряли своих функций и способности взаимодействовать друг с другом. Например, когда берется фрагмент мозга, состоящий из нескольких тысяч нейронов, он довольно быстро высыхает. Можно продлить это время, омывая его физраствором, но нейронная ткань настолько нежная, что поток жидкости разрушает ее. Чтобы этого не происходило, исследователи сконструировали микрофлюидное устройство, способное поддерживать давление жидкости постоянным и не травмировать ткань. В ходе тестирования новой системы ученые поместили в нее клетки мозга мыши и сохранили их основные показатели на 25 дней. Вот, собственно, и все. Несколько тысяч клеток прожили в пробирке три с половиной недели. Ни о каком «оживлении мертвого мозга мыши» речи не идет.
Однако это не мешает нам пофантазировать о том, что произойдет, если ученые и в самом деле научатся поддерживать жизнь в мозге, отделенном от тела. Представим, что им удалось обеспечить условия, в которых мозг будет сохранять работоспособность, будучи помещенным в некий лабораторный сосуд. Вообразим также, что такие ошеломительные результаты будут достигнуты в ближайшие пять-десять лет.
Все дело в том, что для полноценного функционирования мозгу нужны не только питательные вещества и кислород. Ему необходимы также способы обмена информацией с телом. Существует такое состояние, как сенсорная депривация, при котором ограничивается внешнее воздействие на органы чувств. Для достижения такого эффекта используется абсолютно темное и полностью звукоизолированное помещение. Человека погружают в бассейн с очень соленой водой, плотность которой позволяет ему спокойно удерживаться на поверхности. Температура воды и окружающего воздуха поддерживается на уровне температуры тела, звук и свет не проникают внутрь, тактильных ощущений также нет. Мозг человека перестает получать информацию о внешнем мире, никакие сигналы в него не поступают.
Сенсорная депривация используется в медицинских целях, а также для различного рода медитаций, однако время ее должно быть строго ограничено. Дело в том, что мозг, лишенный сигналов извне, через какое-то время начинает активно галлюцинировать, пытаясь восполнить информационную тишину, а затем в нем наступают необратимые изменения, сначала психологические, а затем и физиологические. Представьте, что произойдет, если мозг лишить вообще какого-либо намека на зрительные, слуховые, тактильные и другие ощущения, отделив его от тела и поместив в банку. Деградация начнется намного быстрее.
Казалось бы, проблему можно решить, подавая по нервам сигналы с видеокамер, микрофонов и других датчиков. Но в том-то и беда, что на сегодняшнем уровне развития технологий не существует способов, позволяющих это осуществить. Да, опыты ведутся, но ученые пока находятся в самом начале пути. Для полноценной замены глаз камерами, рук протезами, а ушей микрофонами потребуется очень много времени, возможно, даже сотня лет. А ведь еще нужно научиться передавать информацию в обратную сторону, получая из мозга управляющие сигналы для механизмов, заменяющих ему тело.
Может быть, они так и останутся всего лишь плодом воображения фантастов и сценаристов аниме, как это произошло с приборами для чтения мыслей, путешествиями во времени и бесконечной жевательной резинкой. Скорее всего, все это никогда не изобретут.
В Samsung придумали способ копировать человеческий мозг. Как искусственный интеллект изменит технологии будущего?
В конце сентября специалисты корейской компании совместно с учеными Гарвардского университета представили концепт имитации человеческого мозга с помощью полупроводниковых чипов. Инженерам удалось описать способ копирования и переноса структуры работы мозга в нейроморфный чип. Подобный чип будущего позволит воспроизводить уникальные вычислительные характеристики — адаптацию к окружающей среде, легкость обучения, низкое энергопотребление, автономность и познание. «Лента.ру» рассказывает, зачем нужно копировать мозг и переносить его в физическую память, почему человеческий разум превосходит самый мощный компьютер и что мешает развитию искусственного интеллекта.
Нейроморфные чипы отличаются от обычных способом работы с информацией. Процессоры такого типа обрабатывают данные примерно так же, как человеческий мозг реагирует на входящие данные — благодаря совместной работе миллиардов нейронов. Связи между нейронами постоянно меняются, реагируя на внешний раздражитель — таким образом происходит обучение. По словам специалистов, нейроморфные процессоры необходимы для создания полноценного искусственного интеллекта.
Теоретически возможно создать такой суперпроцессор, который был бы построен из имитирующих работу нейронов транзисторов. Для этого существует такая область, как нейроморфная инженерия, которая посвящена переносу и воспроизведению аналоговых вычислений человеческого мозга в виде цифрового решения.
Одним из самых ярких и успешных примеров в этой сфере является модульная система TrueNorth, созданная IBM по заказу DARPA в 2014 году. Она представляет из себя искусственную сеть, построенную на базе несколько процессоров. Система вмещает в себя 4,5 миллиарда транзисторов с 256 миллионами эмулируемых синапсов. Чтобы максимально точно скопировать принцип работы мозга, инженерам удалось создать энергоэффективную сеть. Так, если для функционирования процессора Intel необходимо около 140 ватт энергии, то TrueNorth потреблял лишь 70 милливатт.
Ключевой особенностью человеческого мозга является обработка и передача информации посредством химических соединений. Если нейронов миллиарды, то синаптических связей между ними на порядок больше. Поэтому скопировать так называемое человеческое мышление в чистом виде и перенести его в «цифру» пока что невозможно. По оценке инженеров Samsung, мозг состоит из ста миллиардов нейронов и еще большего количества синаптических связей, поэтому для его переноса в цифровой формат потребуется несколько триллионов единиц независимой памяти.
Процесс адаптации живого мозга в искусственном виде настолько сложный, что кроме информатики ученые обращаются к биологии, математике, электронной инженерии и физике.
Архитектура большинства современных компьютеров строится на концепции, которую еще в середине XX века разработал венгеро-американский математик Джон фон Нейман. Она описывает принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. «Архитектура фон Неймана» строится на принципах однородности памяти, адресности и программного управления, однако в ней много «узких мест». По мнению специалиста по нейросетям Кэтрин Шуман, для изобретения настоящей нейроморфной системы нужно отойти от принципов фон Неймана и больше полагаться на нейробиологию.
Перед нейроинженерией стоят две фундаментальные задачи — создать механизм, который мог бы учиться по образу живого разума и раскрыть тайну работы человеческого мозга.
Благодаря эволюции человеческий мозг является практически идеально оптимизированной системой. Во-первых, мозг полностью автономен от внешней среды, во-вторых, потребляет крайне мало энергии. Если для решения проблемы основанный на концепции фон Неймана компьютер многократно перегоняет информацию между различными компонентами, то мозг выделяет для конкретного процесса отдельную группу нейронов. По оценке нейробиологов, для работы мозгу требуется около 20 ватт энергии, что примерно вдвое меньше, чем нужно современному ноутбуку. В-третьих, он чрезвычайно отказоустойчив, так как информация хранится в нескольких местах и в избыточном количестве.
В-четвертых, высокоорганизованный разум пластичен и способен обрабатывать несколько процессов одновременно. В отличие от машины, человек умеет быстро адаптироваться к новым условиям и решать проблемы нового типа.