Ludzki mózg i technologie

Jak wiedza o naszych mózgach przyczynia się zarówno do rozwoju nowych technologii, jak i do radzenia sobie z nimi? Omowie ten temat na podstawie dwoch projektow w jakich obecnie biore udzial, FinalSpark i Psync.

Jak wiedza o mózgu pomaga stworzyć nowe technologie?

Ludzki mózg jest fascynujący i tajemniczy. Jest on tak skomplikowany, że mimo nakładu wielkich środków, cały czas niewiele o nim wiemy. Dla medycyny jest on ogromnym wyzwaniem, ponieważ choroby mózgu są często najtrudniejszymi do zdiagnozowania i wyleczenia. Dla inżynierów ludzki mózg jest czasami inspiracją i wielu z nich marzy o stworzeniu myślącej maszyny, która mogłaby rozmawiać z ludźmi jak z równymi sobie. Ostatnio ten temat jest szeroko dyskutowany w kontekście modeli językowych, które sprawiają wrażenie myślących. Jest to jednak złudzenie uzyskane z udziałem bardzo rozbudowanych modeli statystycznych. Eksperci twierdzą, że uczenie maszynowe, chociaż bardzo skuteczne w wielu wąskich zadaniach, ma jednak próg możliwości rozwoju, którego nie da się przekroczyć, bo wymagałoby to zbyt dużego nakładu energii. Dlatego rozwijane są alternatywne podejścia do konstruowania komputerów. Jest to dziedzina naukowa, która nazywana jest niekonwencjonalnymi obliczeniami. Niektóre z tych niekonwencjonalnych obliczeń są inspirowane tym, co wiemy o tym, jak mózg przetwarza informacje. Są to na przykład neuromorficzne chipy, które pozwalają kodować informacje zarówno w czasie, jak i przestrzeni. Niekonwencjonalne obliczenia można też przeprowadzać na zupełnie innych substratach, czyli zupełnie innych materiałach, takich jak fizyczne obiekty, ciecze lub żywe komponenty (np. neurony albo bakterie).

Przykładem niekonwencjonalnych obliczeń na żywych komórkach są neurosfery używane przez nas w FinalSpark. Są to prototypy żywych komputerów, które mogą być kiedyś używane jako alternatywa do obecnych cyfrowych komputerów.

To jest zdjęcie z mikroskopu elektronowego pokazujące strukturę neurosfery na poziomie mikrometrów:

 A close-up of a microscope

Description automatically generated

Możemy zaobserwować, że jest to zlepek komórek, które mają dość skomplikowaną strukturę. Takie neurosfery można umieścić na elektrodach i komunikować się z nimi za pomocą wysyłania i pobierania sygnałów elektrycznych. 24/7 widok sygnałów można sprawdzić na stronie internetowej: https://finalspark.com/live/.

Na obecnym etapie, największym wyzwaniem, nad którym się skupiamy, jest opracowanie metod komunikacji z neuronami. Jest to przeprowadzane głównie za pomocą wysyłania im sygnałów elektrycznych, ale robione są też eksperymenty nad wykorzystaniem substancji chemicznych do zmiany aktywności neuronów. Kiedy ten cel zostanie osiągnięty, będziemy mogli pomyśleć o powiększaniu naszych prototypowych bioprocesorów i do udostępniania ich większej rzeszy użytkowników.

Obecnie, nasze laboratorium jest dostępne zdalnie, jako Neuroplatforma, która pozwala połączyć się z laboratorium w Vevey, Szwajcarii, przez wyszukiwarkę internetową. To pozwala na zdalne przeprowadzanie eksperymentów na neurosferach i pobieranie od nich danych. Współpracujemy obecnie z 8 grupami badawczymi z uniwersytetów na całym świecie. Są to głównie matematycy i programiści, którzy starają się wychwycić wzory w sygnałach pochodzących z żywych neuronów. Platforma została też niedawno otwarta na użytek komercyjny, ale na razie dostęp do niej może być możliwy tylko dla bardzo małej liczby chętnych, ponieważ nasze laboratorium jest bardzo małe i mamy ograniczone zasoby.

Żywe komputery to ciekawy przykład nowego kierunku w technologii, który ma szansę zmienić nasz świat, ale jest też obarczony dużym ryzykiem. Trenowanie żywych neuronów in vitro jest bardzo trudne. Możemy wyróżnić ku temu dwa główne powody. Pierwszy powód to fakt, że nie znamy struktury wewnętrznej neurosfery (w cyfrowych sieciach neuronowych sprawdzenie wewnętrznej struktury sieci jest o wiele łatwiejsze). Drugi ważny powód to fakt, że neurony, tak jak każda żywa jednostka, są układem dynamicznym. Zmieniają się w czasie, a to utrudnia wykonywanie na nich powtarzalnych obliczeń.

Niedawno opublikowaliśmy artykuł, w którym opisujemy obecny stan naszej Neuroplatformy i jakie eksperymenty z żywymi neuronami możemy na niej zrobić.

Jest to ciekawy przykład na to, jakich nowych technologii możemy się spodziewać za 10-15 lat.

Jak wiedza o mózgu może nam pomóc radzić sobie w zmieniającym się świecie?

Pomimo tego, że nie stworzyliśmy jeszcze maszyny myślącej jak człowiek, która mogłaby nas całkiem zastąpić, to jednak maszyny krok po kroku zastępują nas w różnych dziedzinach życia i zmieniają nasz świat, i sposób, w jaki pracujemy, w tempie ekspresowym. To ma oczywiście ogromny wpływ na naszą psychikę. Nowe technologie powodują, że jesteśmy poddani na wiele więcej bodźców, co może powodować problemy z koncentracją, obniżenie produktywności i utratę umiejętności skupienia się przez dłuższy czas.

Mózg jest bardzo plastyczny, co oznacza, że może on przeorganizować swoje połączenia pod wpływem doświadczeń, co może zmienić zarówno nasze zachowanie, jak i myślenie. Diagram ponizej przedstawia przyklady dobrego i zlego wplywu technologii na neuroplastycznosc:

A white paper with red and blue labels with words

Description automatically generated with medium confidence

Wiedząc, jak działa ludzki mózg, można nauczyć się wykorzystywać technologie w sposób produktywny, do usprawnienia naszego działania, lepszej organizacji i docierania do najlepszej jakości informacji, co kiedyś było luksusem.

Taki jest cel projektu Psync, w którym budujemy cyfrowego psychologa, na podstawie wiedzy i doświadczeń z psychologii sportu.