المصدر - ليس هناك حاسوب حتى الآن يتفوق أبعاداً وتعقيداً على الدماغ البشري، حيث يمكن لكتل الأنسجة الموجودة في جماجمنا معالجة المعلومات بكميات وسرعات لا يمكن لتكنولوجيا الحوسبة مجرد الاقتراب من سرعتها.
المفتاح لنجاح الدماغ يكمن في كفاءة النيورون بالقيام بدورين هما المعالج والذاكرة، على عكس الوحدات المنفصلة في معظم أجهزة الحوسبة الحديثة.
ووفقاً للتقرير المنشور في موقع «ساينس ألرت» فخلال سنوات طويلة ظهرت محاولات كثيرة لجعل الحوسبة أكثر تشبهًا بالدماغ البشري، ولكن محاولة جديدة تأخذ الأمور إلى مستوى جديد تمامًا - من خلال دمج أنسجة الدماغ البشري الحقيقية مع الإلكترونيات.
وتُسمى هذه التقنية "برينووير"، وهي التي أثبتت أخيراً نجاحها، حيث قاد فريق بقيادة المهندس فنغ جو من جامعة إنديانا بلومنغتون هذا الجهد وأوكل له مهام مثل التعرف على الكلام وتوقع المعادلات غير الخطية.
وكانت دقتها أقل بقليل من حاسوب مستند على الأجهزة الصلبة، والذي يعتمد على الذكاء الاصطناعي، ولكن البحث يظهر خطوة هامة في نوع جديد من هندسة الحواسيب.
إرشادات الأخلاق
ومع ذلك، في حين أن جو وزملاؤه اتبعوا إرشادات الأخلاق في تطوير برينووير، يشير عدة باحثين من جامعة جونز هوبكنز في تعليقهم على البحث المنشور في «Nature Electronics» إلى أهمية الأخذ في اعتباره الاعتبارات الأخلاقية أثناء توسيع نطاق البحث في هذه التكنولوجيا بشكل أعمق.
لينا سميرنوفا وبراين كافو وإريك ج. جونسون، الذين لم يشاركوا في الدراسة، يحذرون: "مع زيادة التطور في هذه الأنظمة العضوية، من الضروري أن تتناول المجتمع العديد من القضايا الأخلاقية المتعلقة بأنظمة الحوسبة الحيوية التي تدمج أنسجة الدماغ العصبية البشرية".
والدماغ البشري مدهش في تركيبته، حيث يحتوي على ما يصل إلى 86 مليار نيورون، في المتوسط، وتصل إلى تريليون اتصال عصبي، يتصل كل نيورون بما يصل إلى 10,000 نيورون آخرين، مع التفاعل والتواصل المستمر بينهم.
وتقول سميرنوفا: «حتى الآن، كانت أفضل جهودنا لنحاكي نشاط الدماغ في نظام صناعي بعيدة عن الواقع».
تقدم البحوث
وفي عام 2013، قام حاسوب «K» التابع لمعهد ريكن - وكان واحدًا من أقوى الحواسيب العالمية آنذاك - بمحاولة لتقليد الدماغ. بوجود 82,944 معالجًا وتيرابايت واحد من الذاكرة الرئيسية، استغرق الأمر 40 دقيقة لتحاكي ثانية واحدة من نشاط 1.73 مليار نيورون متصلين بـ 10.4 تريليون اتصال عصبي - حوالي واحد إلى اثنين في المئة فقط من الدماغ.
وفي السنوات الأخيرة، حاول العلماء والمهندسون التقدم باتجاه قدرات الدماغ من خلال تصميم أجهزة وخوارزميات تحاكي هيكله وكيفية عمله. المعروفة باسم الحوسبة العصبية، إنها تتحسن ولكنها تتطلب طاقة كبيرة، وتدريب الشبكات العصبية الاصطناعية يستغرق وقتًا طويلاً.
وسعى جو وزملاؤه إلى نهج مختلف باستخدام أنسجة الدماغ البشري الحقيقية المزروعة في مختبر، وتم تحفيز الخلايا الجذعية البشرية التعددية لتطوير أنواع مختلفة من الخلايا الدماغية التي نظمت في أدمغة صغيرة ثلاثية الأبعاد تُسمى "أورجانويد"، تتضمن الاتصالات والهياكل.
وهي ليست أدمغة حقيقية، ولكن مجرد ترتيبات من الأنسجة دون وجود شيء يشبه الفكر أو العاطفة أو الوعي، والتي أكدوا إنها مفيدة لدراسة كيفية تطور وعمل الدماغ، من دون التلاعب في إنسان فعلي.
برينووير يتكون من أعضاء دماغ مرتبطة بمجموعة من الميكروإلكترودات عالية الكثافة، باستخدام نوع من الشبكات العصبية الاصطناعية تُعرف باسم حوض الحوسبة. يقوم التحفيز الكهربائي بنقل المعلومات إلى الأورغانويد، الحوض الذي يتم فيه معالجة تلك المعلومات قبل أن يخرج برينووير بحساباته في شكل النشاط العصبي.
إدخال وإخراج
ويُستخدم الأجهزة الحاسوبية العادية للطبقات الإدخال والإخراج، كان يتعين تدريب هذه الطبقات للعمل مع الأورغانويد، حيث يقوم طبقة الإخراج بقراءة البيانات العصبية وإجراء تصنيفات أو توقعات استنادًا إلى الإدخال.
لتوضيح النظام، أعطوا برينووير 240 مقطع صوتي من ثمانية رجال يصدرون أصوات حروف صوتية يابانية، وطلبوا منه التعرف على صوت شخص محدد.
بدأوا بأورغانويد ساذج؛ بعد تدريب لمجرد يومين، كان برينووير قادرًا على التعرف على المتحدث بدقة تبلغ 78 في المائة.
وطلبوا أيضًا من برينووير التنبؤ بخريطة هينون، وهي نظام ديناميكي يظهر سلوكًا فوضويًا، تركوه غير مشرف ليتعلم لمدة أربعة أيام - حيث يمثل كل يوم حقبة تدريب - ووجدوا أنه كان قادرًا على التنبؤ بالخريطة بدقة أفضل من شبكة عصبية اصطناعية بدون وحدة ذاكرة قصيرة الأجل.
كان برينووير أقل دقة قليلاً من الشبكات العصبية الاصطناعية مع وحدة ذاكرة قصيرة الأجل - ولكن هذه الشبكات خضعت لكل منها لـ 50 حقبة تدريب، وحقق برينووير نتائج تقريبًا مماثلة في أقل من 10 في المائة من وقت التدريب.
ليونة
"وكتب الباحثون في تقريرهم المسجل: «بسبب الليونة والقابلية للتكيف للغاية للأورغانويد، فإن برينووير لديه مرونة للتغيير وإعادة التنظيم استجابةً للتحفيز الكهربائي، مما يبرز قدرته على الحوسبة المتكيفة بوعي».
مع ذلك، هناك قيود كبيرة لا تزال قائمة، بما في ذلك مسألة الحفاظ على حياة وصحة الأورغانويد، ومستويات استهلاك الطاقة للمعدات الطرفية، ولكن، مع مراعاة الاعتبارات الأخلاقية، يتيح برينووير إمكانيات ليست فقط لمجال الحوسبة، ولكن أيضًا لفهم أسرار الدماغ البشري.
وفي تقريرهما ضمن البحث يقول الباحثون سميرنوفا وكافو وجونسون إن: «قد يمر عقود قبل أن يحدث إنشاء أنظمة الحوسبة الحيوية العامة، ولكن يُعتقد أن هذا البحث سيولد رؤى أساسية في آليات التعلم، وتطور الأعصاب، والآثار المعرفية للأمراض العصبية المتقدمة، وقد يساعد ذلك أيضًا في تطوير نماذج لعلاج الإعاقة من خلال الاختبارات السريرية.»
المفتاح لنجاح الدماغ يكمن في كفاءة النيورون بالقيام بدورين هما المعالج والذاكرة، على عكس الوحدات المنفصلة في معظم أجهزة الحوسبة الحديثة.
ووفقاً للتقرير المنشور في موقع «ساينس ألرت» فخلال سنوات طويلة ظهرت محاولات كثيرة لجعل الحوسبة أكثر تشبهًا بالدماغ البشري، ولكن محاولة جديدة تأخذ الأمور إلى مستوى جديد تمامًا - من خلال دمج أنسجة الدماغ البشري الحقيقية مع الإلكترونيات.
وتُسمى هذه التقنية "برينووير"، وهي التي أثبتت أخيراً نجاحها، حيث قاد فريق بقيادة المهندس فنغ جو من جامعة إنديانا بلومنغتون هذا الجهد وأوكل له مهام مثل التعرف على الكلام وتوقع المعادلات غير الخطية.
وكانت دقتها أقل بقليل من حاسوب مستند على الأجهزة الصلبة، والذي يعتمد على الذكاء الاصطناعي، ولكن البحث يظهر خطوة هامة في نوع جديد من هندسة الحواسيب.
إرشادات الأخلاق
ومع ذلك، في حين أن جو وزملاؤه اتبعوا إرشادات الأخلاق في تطوير برينووير، يشير عدة باحثين من جامعة جونز هوبكنز في تعليقهم على البحث المنشور في «Nature Electronics» إلى أهمية الأخذ في اعتباره الاعتبارات الأخلاقية أثناء توسيع نطاق البحث في هذه التكنولوجيا بشكل أعمق.
لينا سميرنوفا وبراين كافو وإريك ج. جونسون، الذين لم يشاركوا في الدراسة، يحذرون: "مع زيادة التطور في هذه الأنظمة العضوية، من الضروري أن تتناول المجتمع العديد من القضايا الأخلاقية المتعلقة بأنظمة الحوسبة الحيوية التي تدمج أنسجة الدماغ العصبية البشرية".
والدماغ البشري مدهش في تركيبته، حيث يحتوي على ما يصل إلى 86 مليار نيورون، في المتوسط، وتصل إلى تريليون اتصال عصبي، يتصل كل نيورون بما يصل إلى 10,000 نيورون آخرين، مع التفاعل والتواصل المستمر بينهم.
وتقول سميرنوفا: «حتى الآن، كانت أفضل جهودنا لنحاكي نشاط الدماغ في نظام صناعي بعيدة عن الواقع».
تقدم البحوث
وفي عام 2013، قام حاسوب «K» التابع لمعهد ريكن - وكان واحدًا من أقوى الحواسيب العالمية آنذاك - بمحاولة لتقليد الدماغ. بوجود 82,944 معالجًا وتيرابايت واحد من الذاكرة الرئيسية، استغرق الأمر 40 دقيقة لتحاكي ثانية واحدة من نشاط 1.73 مليار نيورون متصلين بـ 10.4 تريليون اتصال عصبي - حوالي واحد إلى اثنين في المئة فقط من الدماغ.
وفي السنوات الأخيرة، حاول العلماء والمهندسون التقدم باتجاه قدرات الدماغ من خلال تصميم أجهزة وخوارزميات تحاكي هيكله وكيفية عمله. المعروفة باسم الحوسبة العصبية، إنها تتحسن ولكنها تتطلب طاقة كبيرة، وتدريب الشبكات العصبية الاصطناعية يستغرق وقتًا طويلاً.
وسعى جو وزملاؤه إلى نهج مختلف باستخدام أنسجة الدماغ البشري الحقيقية المزروعة في مختبر، وتم تحفيز الخلايا الجذعية البشرية التعددية لتطوير أنواع مختلفة من الخلايا الدماغية التي نظمت في أدمغة صغيرة ثلاثية الأبعاد تُسمى "أورجانويد"، تتضمن الاتصالات والهياكل.
وهي ليست أدمغة حقيقية، ولكن مجرد ترتيبات من الأنسجة دون وجود شيء يشبه الفكر أو العاطفة أو الوعي، والتي أكدوا إنها مفيدة لدراسة كيفية تطور وعمل الدماغ، من دون التلاعب في إنسان فعلي.
برينووير يتكون من أعضاء دماغ مرتبطة بمجموعة من الميكروإلكترودات عالية الكثافة، باستخدام نوع من الشبكات العصبية الاصطناعية تُعرف باسم حوض الحوسبة. يقوم التحفيز الكهربائي بنقل المعلومات إلى الأورغانويد، الحوض الذي يتم فيه معالجة تلك المعلومات قبل أن يخرج برينووير بحساباته في شكل النشاط العصبي.
إدخال وإخراج
ويُستخدم الأجهزة الحاسوبية العادية للطبقات الإدخال والإخراج، كان يتعين تدريب هذه الطبقات للعمل مع الأورغانويد، حيث يقوم طبقة الإخراج بقراءة البيانات العصبية وإجراء تصنيفات أو توقعات استنادًا إلى الإدخال.
لتوضيح النظام، أعطوا برينووير 240 مقطع صوتي من ثمانية رجال يصدرون أصوات حروف صوتية يابانية، وطلبوا منه التعرف على صوت شخص محدد.
بدأوا بأورغانويد ساذج؛ بعد تدريب لمجرد يومين، كان برينووير قادرًا على التعرف على المتحدث بدقة تبلغ 78 في المائة.
وطلبوا أيضًا من برينووير التنبؤ بخريطة هينون، وهي نظام ديناميكي يظهر سلوكًا فوضويًا، تركوه غير مشرف ليتعلم لمدة أربعة أيام - حيث يمثل كل يوم حقبة تدريب - ووجدوا أنه كان قادرًا على التنبؤ بالخريطة بدقة أفضل من شبكة عصبية اصطناعية بدون وحدة ذاكرة قصيرة الأجل.
كان برينووير أقل دقة قليلاً من الشبكات العصبية الاصطناعية مع وحدة ذاكرة قصيرة الأجل - ولكن هذه الشبكات خضعت لكل منها لـ 50 حقبة تدريب، وحقق برينووير نتائج تقريبًا مماثلة في أقل من 10 في المائة من وقت التدريب.
ليونة
"وكتب الباحثون في تقريرهم المسجل: «بسبب الليونة والقابلية للتكيف للغاية للأورغانويد، فإن برينووير لديه مرونة للتغيير وإعادة التنظيم استجابةً للتحفيز الكهربائي، مما يبرز قدرته على الحوسبة المتكيفة بوعي».
مع ذلك، هناك قيود كبيرة لا تزال قائمة، بما في ذلك مسألة الحفاظ على حياة وصحة الأورغانويد، ومستويات استهلاك الطاقة للمعدات الطرفية، ولكن، مع مراعاة الاعتبارات الأخلاقية، يتيح برينووير إمكانيات ليست فقط لمجال الحوسبة، ولكن أيضًا لفهم أسرار الدماغ البشري.
وفي تقريرهما ضمن البحث يقول الباحثون سميرنوفا وكافو وجونسون إن: «قد يمر عقود قبل أن يحدث إنشاء أنظمة الحوسبة الحيوية العامة، ولكن يُعتقد أن هذا البحث سيولد رؤى أساسية في آليات التعلم، وتطور الأعصاب، والآثار المعرفية للأمراض العصبية المتقدمة، وقد يساعد ذلك أيضًا في تطوير نماذج لعلاج الإعاقة من خلال الاختبارات السريرية.»
