آموزش سلولهای مغز انسان برای بازی کردن Doom؛ مرز جدیدی در رابطهای بیولوژیکی-دیجیتال
استارتاپ کورتیکال لبز با اتصال ۲۰۰ هزار نورون زنده انسانی به بازی کلاسیک Doom، موفق شده این سلولها را آموزش دهد تا بتوانند در محیط بازی حرکت کنند، به دشمنان واکنش نشان دهند و شلیک کنند. این آزمایش که بخشی از چالش دیرینه «آیا میتواند Doom را اجرا کند؟» محسوب میشود، نشاندهنده قابلیت تطبیق و یادگیری نورونها خارج از بافت مغز است.
نکات کلیدی
– استارتاپ کورتیکال لبز ۲۰۰ هزار نورون زنده انسانی را به بازی Doom متصل کرده و آنها را آموزش داده است.
– سلولها از طریق تحریک الکتریکی و دریافت بازخورد، یاد میگیرند که در محیط بازی حرکت کنند، هدفگیری کنند و شلیک نمایند.
– این سیستم از یک پلتفرم اختصاصی استفاده میکند که تعامل با نورونها را از طریق دستورات ساده پایتون ممکن میسازد.
– نورونها درک مفهومی از بازی ندارند و صرفاً به سیگنالهای الکتریکی ورودی واکنش نشان میدهند.
– آزمایشهای مشابه قبلی شامل اجرای بازی Pong روی نورونها بود که راه را برای این پروژه هموار کرد.
– چالش «آیا میتواند Doom را اجرا کند؟» پیش از این روی پلتفرمهای غیرمعمولی مانند باکتریهای روده و تست بارداری نیز انجام شده است.
– محققان تأکید میکنند این سیستم فاقد هرگونه درد، احساس یا عملکرد شناختی شبیه به مغز انسان است.
از Pong تا Doom؛ سفر نورونها به دنیای گیمینگ
کورتیکال لبز، استارتاپی مستقر در ملبورن استرالیا، موفق شده مجموعهای از سلولهای مغز انسان را آموزش دهد تا بازی ویدئویی کلاسیک Doom را اجرا کنند. در ویدیویی که هفته گذشته در یوتیوب منتشر شد، محققان نشان دادند که چگونه نورونهای زنده انسانی به نرمافزاری متصل شدهاند که بازی را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکند و فعالیت عصبی را به کنترلهای درون بازی ترجمه مینماید.
این اجازه میدهد سلولها در محیط مجازی حرکت کنند، به دشمنان واکنش نشان دهند و سلاحها را شلیک نمایند. الوئن لوفلر، دانشمند کاربردشناسی در کورتیکال لبز، توضیح میدهد که نقطه شروع این پروژه بلندپروازانه، آزمایشی سادهتر بود. در سال ۲۰۲۱، این تیم موفق شد بازی Pong را روی نورونها اجرا کند.
آن آزمایش به عنوان یک آزمون اولیه برای بررسی امکان برقراری ارتباط بین سلولهای زنده و محیطهای دیجیتال طراحی شده بود. اما پرسشی که بیش از همه از سوی جامعه مطرح شد، چالش معروف «آیا میتواند Doom را اجرا کند؟» بود. این سؤال مسیر بعدی تحقیقات را تعیین کرد.
دستگاه CL1 و معماری یک مغز در ظرف
قلب این آزمایش در دستگاه CL1 شرکت کورتیکال لبز قرار دارد. در داخل این دستگاه، حدود ۲۰۰ هزار نورون زنده انسانی که در آزمایشگاه کشت داده شدهاند، روی یک آرایه چندالکترودی قرار گرفتهاند. این آرایه به محققان اجازه میدهد سلولها را به صورت الکتریکی تحریک کنند و پاسخهای آنها را در زمان واقعی تفسیر نمایند.
لوفلر میگوید تیم در ابتدا از کدهای محاسباتی سطح پایین و بداهه برای عملکردی کردن سیستم استفاده میکرد. اما در نهایت تصمیم گرفتند پلتفرمی را از پایه طراحی کنند که به پژوهشگران امکان تعامل با نورونها را از طریق کنترلهای سطح بالا و با استفاده از دستورات ساده پایتون بدهد.
ساخت این پلتفرم اختصاصی، روند توسعه را به شدت تسریع کرد. لوفلر خاطرنشان میکند: «همکار ما، شان، که کد Doom را برای ما نوشت، این کار را در چند روز انجام داد، به جای ۱۸ ماه.» این نشان میدهد که داشتن یک بستر مهندسیشده چقدر میتواند در پیشبرد پروژههای پیچیده زیستی-دیجیتال حیاتی باشد.
مکانیک یادگیری: پاداش، بازخورد و تطبیق
نورونها در این سیستم چگونه یاد میگیرند؟ فرآیند آموزش از طریق سیگنالهای بازخورد انجام میشود. هنگامی که سلولها به درستی روی یک دشمن هدفگیری میکنند، یک پاداش کوچک دریافت مینمایند. اگر موفق به شلیک و حذف هدف شوند، پاداش بزرگتری به آنها تعلق میگیرد.
این مکانیسم پاداش و تنبیه، به تدریج رفتارهای مرتبط با آن سیگنالها را در نورونها تقویت میکند. محققان کورتیکال لبز سپس از هوش مصنوعی برای پالایش نحوه کدگذاری اطلاعات بازی در سیگنالهای الکتریکی ارسالی به نورونها استفاده کردند.
لوفلر این فرآیند را اینگونه توصیف میکند: «سلولها در واقع در حال یادگیری ورودی هستند. اما سپس هوش مصنوعی سعی میکند آن ورودی را بهبود بخشد تا سلولها را وادار کند کاری را که ما میخواهیم انجام دهند.» این یک همکاری دوطرفه بین یادگیری بیولوژیک و بهینهسازی الگوریتمی است.
درک بازی یا واکنش به محرک؟ محدودیتهای سیستم
با وجود پیشرفت مستمر سلولها در حین بازی، لوفلر تأکید میکند که نورونها صرفاً به ورودیها واکنش نشان میدهند و درکی واقعی از بازی ندارند. او میگوید: «سیستم در واقع نمیداند که در حال بازی کردن Doom است. سیگنالهای الکتریکی را دریافت میکند و سپس پاسخهایی را بیرون میدهد.»
کار کردن با نورونهای زنده نیازمند نگرشی کاملاً متفاوت نسبت به برنامهنویسی سنتی است. لوفلر این را یک تغییر ذهنیت اساسی میداند. شما نمیتوانید از یک سیستم محاسباتی معمولی که برنامهریزی میکنید استفاده کنید. این کار باید با نگرشی کاملاً جدید و روشی تازه برای نگاه به مسائل انجام شود.
از نظر او، گیمینگ به عنوان یک نمایش عمومیپسند عمل میکند، در حالی که محققان در پسزمینه به کاوش در مورد کاربردهای عملی این فناوری میپردازند. این آزمایشها پنجرهای به سوی درک بهتر نحوه پردازش اطلاعات توسط بافتهای عصبی خارج از بدن باز میکنند.
چالش ابدی: آیا میتواند Doom را اجرا کند؟
برای دههها، بازی Doom به عنوان یک معیار غیررسمی برای مهندسانی عمل کرده که در حال آزمایش سیستمهای جدید هستند. از زمانی که استودیوی بازیسازی آیدی سافتور کد منبع این بازی را در سال ۱۹۹۷ به صورت عمومی منتشر کرد، توسعهدهندگان آن را به طیف گستردهای از پلتفرمهای غیرمنتظره پورت کردهاند.
این بازی تیراندازی اول شخص روی سکوهای عجیبی مانند باکتریهای روده، تستهای بارداری، شبکههای بلاکچین، فایلهای PDF، چمنزنهای رباتیک و حتی چالشهای کپچا ظاهر شده است. در برخی از این چالشها، بازیکنان باید اهریمنان را شکست دهند تا ثابت کنند انسان هستند.
اکنون، اجرای Doom روی سلولهای مغز انسان، آخرین و شاید عجیبترین فصل از این داستان طولانی است. این امر نه تنها نشانی از انعطافپذیری فنی خود بازی است، بلکه نشان میدهد که چگونه یک چالش اینترنتی میتواند الهامبخش تحقیقات علمی جدی شود.
نورونهای انسانی، اما نه یک مغز انسانی
لوفلر با وجود استفاده از نورونهای مشتقشده از انسان، به وضوح توضیح میدهد که این سیستم هیچ شباهتی به شناخت انسانی ندارد. او میگوید: «صرف اینکه سلولها انسانی هستند به این معنی نیست که یک انسان در آن ظرف وجود دارد. هیچ گیرنده دردی وجود ندارد. هیچ ساختاری که امکان عملکرد سطح بالاتر را فراهم کند، حاضر نیست.»
با این حال، محققان شواهدی از قابلیت تطبیق عصبی خارج از مغز را مشاهده میکنند. لوفلر خاطرنشان میکند: «ما هنوز هم تطبیقپذیری با محیط و یادگیری را مشاهده میکنیم. این موضوع توانایی ذاتی نورونها برای سازگاری را نشان میدهد.»
این یافته حائز اهمیت است زیرا نشان میدهد که برخی از ویژگیهای پایهای سلولهای عصبی، مانند توانایی تغییر در پاسخ به محرکها، میتواند خارج از معماری پیچیده مغز نیز وجود داشته باشد. این بینش میتواند برای حوزههایی مانند نوروپروتزها، رایانش نورومورفیک و درک بهتر بیماریهای عصبی ارزشمند باشد.
آینده رابطهای بیولوژیکی و دیجیتال
آزمایش کورتیکال لبز فراتر از یک نمایش جذاب است. این پروژه مرزهای ممکن در رابطهای بیولوژیکی-دیجیتال را جابهجا میکند و سؤالات فلسفی و اخلاقی عمیقی را مطرح مینماید. اگر سلولهای مغز بتوانند در یک محیط مجازی کنترل شده یاد بگیرند و تطبیق یابند، این توانایی تا کجا قابل گسترش است؟
کاربردهای عملی این فناوری میتواند شامل آزمایش داروهای جدید روی مدلهای عصبی زنده، توسعه سیستمهای محاسباتی الهامگرفته از مغز، و ایجاد رابطهای پیشرفتهتر برای کمک به افراد مبتلا به آسیبهای عصبی باشد. البته، این مسیر با چالشهای فنی و اخلاقی متعددی همراه خواهد بود.
نکته کلیدی که لوفلر بر آن تأکید دارد، تغییر پارادایم در تفکر است. ما در آستانه دورهای هستیم که در آن مرز بین سختافزار دیجیتال و بافت زنده به تدریج محو میشود. بازی Doom شاید فقط شروع این داستان باشد.