دراسات

خلايا دماغ بشرية تنجح في تعلم ألعاب فيديو في 5 دقائق

طور الباحثون نظام “DishBrain” الذي يربط الخلايا العصبية بجهاز كمبيوتر يقوم بتشغيل لعبة الفيديو الكلاسيكية Pong. في غضون خمس دقائق ، بدأت الخلايا في “التعلم” وتحسين أدائها. قد تتضمن آلية “التعلم” مبدأ الطاقة الحرة ، والذي بموجبه يسعى الدماغ لتقليل الانتروبيا (عدم القدرة على التنبؤ) في بيئته.

حيث أظهرت دراسة جديدة نُشرت في مجلة Neuron أن شبكات خلايا الدماغ التي تنمو في طبق بتري يمكن أن تتعلم لعب لعبة الورق Pong التي توضح ، لأول مرة ، ما يسميه الباحثون “الذكاء البيولوجي الاصطناعي”. قاد الدراسة بريت كاغان من شركة Cortical Labs ، وهي شركة حوسبة بيولوجية مقرها ملبورن ، أستراليا ، تعمل على دمج خلايا الدماغ الحية مع رقائق الكمبيوتر.

قام كاجان وزملاؤه بتربية الخلايا العصبية القشرية التي تم تشريحها من أدمغة الفئران الجنينية ، أو الخلايا الجذعية البشرية التي تمت إعادة برمجتها إلى خلايا عصبية ، على شرائح مصفوفة من الأقطاب الكهربائية الدقيقة عالية الكثافة يمكنها في نفس الوقت تسجيل النشاط الكهربائي للخلايا وتحفيزها. على الرقاقة ، تنضج الخلايا وتتواصل مع بعضها البعض لتشكيل شبكات عصبية تظهر بعد ذلك نشاطًا كهربائيًا تلقائيًا.

طور الباحثون ما يسمى بنظام “DishBrain” عن طريق توصيل الشريحة بجهاز كمبيوتر يقوم بتشغيل لعبة الكرة والمجداف. زودت الرقاقة الخلايا بتغذية راجعة حول طريقة اللعب ، بحيث تلقت حافزًا كهربائيًا يمكن التنبؤ به عندما تلامس المضرب بالكرة ، وحافزًا غير متوقع عندما لم يحدث ذلك.

بدأت الخلايا في “التعلم” وحسّنت من أدائها في غضون خمس دقائق من اللعب. مع كل اعتراض ناجح للكرة ، زاد حجم “طفرات” النشاط الكهربائي المتزامنة عبر الشبكة. كلما زاد عدد التعليقات التي تلقوها ، تحسن أداءهم. في ظل الظروف التي لم يتلقوا فيها أي ملاحظات على الإطلاق ، فشلت الشبكات تمامًا في تعلم كيفية لعب اللعبة.

تُظهر الدراسة أن طبقة واحدة من الخلايا العصبية يمكنها تنظيم وتنسيق نشاطها نحو هدف محدد ، ويمكنها تعلم السلوك وتكييفه في الوقت الفعلي. ومن المثير للاهتمام أن شبكات الخلايا العصبية البشرية تفوقت في أدائها على تلك الموجودة في خلايا الفئران ، وهو ما يتوافق مع العمل السابق الذي يشير إلى أن الخلايا العصبية البشرية لديها قدرة أكبر على معالجة المعلومات من تلك الموجودة في القوارض.

يصف الباحثون هذا “التعلم” من حيث مبدأ الطاقة الحرة ، والذي بموجبه يسعى الدماغ لتقليل الانتروبيا ، أو عدم القدرة على التنبؤ ، في بيئته.

وبالتالي ، فإن المحفزات غير المتوقعة التي يتم تقديمها عندما تفشل الشبكات العصبية في اعتراض الكرة تزيد من الإنتروبيا داخل النظام ، وبالتالي تكيف الخلايا سلوكها لتلقي المنبهات التي يمكن التنبؤ بها. وهذا بدوره يقلل من الانتروبيا ويقلل من عدم اليقين. أي أنهم تعلموا جعل النتائج الحسية لسلوكهم قابلة للتنبؤ قدر الإمكان.

إن قدرة الشبكات العصبية على الاستجابة والتكيف مع المحفزات البيئية هي أساس التعلم لدى البشر والحيوانات الأخرى. كان التنبيه الحسي الذي تم توصيله إلى الخلايا أكثر فظاظة من ذلك الذي يمكن أن يتلقاه حتى كائن حي بسيط. ومع ذلك ، يقول الباحثون إن هذه هي الدراسة الأولى التي تُظهر هذا السلوك في الخلايا العصبية المستزرعة ، ويقترحون أن نتائجهم تظهر الذكاء في السيليكو.

وأضافوا أن نتائجهم تؤكد أهمية التغذية الراجعة من البيئة حول عواقب الأفعال ، والتي تبدو حيوية لنمو الدماغ السليم. قد تحدث هذه العمليات على المستوى الخلوي.

يمكن أن يكشف العمل المستقبلي المزيد حول سبب امتلاك الخلايا العصبية البشرية لقوة حسابية أكبر من خلايا الفأر ، بالإضافة إلى توفير نموذج محاكاة للتعلم البيولوجي. يمكن أيضًا استخدام نظام DishBrain في فحص الأدوية ، لفحص الاستجابات الخلوية للمركبات الجديدة ، ولتحسين خوارزميات التعلم الآلي.

المصدر
bigthink

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى