Neuronen die in het laboratorium zijn gemaakt en op een chip zijn aangesloten, zijn erin geslaagd menselijke stemmen te herkennen
De fusie tussen mens en machine is dankzij de ontwikkeling van kunstmatige intelligentie een steeds concretere realiteit. Nu heeft een groep wetenschappers een hybride systeem ontwikkeld dat spraakherkenning kan uitvoeren. Laten we er meer over te weten komen.
Kunstmatige intelligentie en hersenorganoïden
Freepik
Kunstmatige intelligentie is een gebied van de informatica dat tot doel heeft systemen en algoritmen te ontwikkelen die in staat zijn taken uit te voeren waarvoor menselijke intelligentie vereist is. Deze systemen kunnen leren van gegevens, redeneren, problemen oplossen, natuurlijke taal begrijpen en communiceren met hun omgeving. AI kan vele vormen aannemen, waaronder expertsystemen, machine learning algoritmen en neurale netwerken, of verschillende technieken combineren om specifieke taken of problemen aan te pakken. Wat een nieuwe studie heeft gepresenteerd en aangetoond, is dat hersencellen die in het laboratorium zijn gekweekt en verbonden zijn met een bepaalde elektronische chip, in staat zijn spraakherkenning uit te voeren.
Dit zijn hersenorganoïden, driedimensionale structuren die in het laboratorium enkele kenmerken van een zich ontwikkelend menselijk brein nabootsen. Het zijn in wezen aggregaten van hersencellen, dat wil zeggen neuronen, en ondersteunende cellen, zoals gliacellen, die in vitro, dat wil zeggen buiten het lichaam, worden gekweekt om het gedrag van hersenweefsel en de dynamiek van de neuronale ontwikkeling te bestuderen. Hun creatie is mogelijk dankzij geïnduceerde technologie van pluripotente stamcellen, waarmee volwassen menselijke cellen kunnen worden omgezet in stamcellen die zich kunnen differentiëren in verschillende celtypen, waaronder neuronen.
Een hardware benadering voor kunstmatige intelligentie
Nature
De groep wetenschappers van de Indiana University Bloomington, onder leiding van ingenieur Feng Guo, heeft met behulp van stamcellen een hersenorganoïde gemaakt. Daarna hebben ze het op een chip aangesloten en de configuratie uitgevoerd via hun AI-tool genaamd Brainoware. Op dat moment realiseerden ze zich dat het hybride systeem dat ze creëerden de ontvangen informatie kon verwerken, begrijpen en onthouden, en ook enige mogelijkheden van spraakherkenning kon demonstreren. Het onderzoek zou de weg kunnen vrijmaken voor biocomputers, die de huidige standaard pc's zullen vervangen.
“Hersen-geïnspireerde computerhardware heeft tot doel de structuur en werkingsprincipes van de hersenen na te bootsen en zou kunnen worden gebruikt om de huidige beperkingen van kunstmatige intelligentietechnologieën aan te pakken”, schrijven de auteurs van het onderzoek. "Op de hersenen geïnspireerde siliciumchips zijn echter nog steeds beperkt in hun vermogen om de hersenfunctie volledig na te bootsen, omdat de meeste voorbeelden zijn gebouwd op digitale elektronische principes. Hier rapporteren we een AI-hardwarebenadering die gebruik maakt van adaptieve reservoirberekening van biologische neurale netwerken in een hersenorganoïde. Bij deze aanpak, genaamd Brainoware, wordt de berekening uitgevoerd door het verzenden en ontvangen van informatie van de hersenorganoïde met behulp van een array met meerdere elektroden met hoge dichtheid."
De wetenschappers illustreerden het praktische potentieel van deze techniek, door deze specifiek te gebruiken voor spraakherkenning en "voorspelling van niet-lineaire vergelijkingen in een berekeningsraamwerk."
Cerebrale organoïden op het gebied van informatica: een primeur
Freepik
De wetenschap probeert al jaren computers te ontwerpen die gebaseerd zijn op geavanceerde biologische systemen. De computers die we momenteel kennen zijn in feite beslist effectiever dan menselijke hersenen in het werken met cijfers en het verwerken van gestructureerde gegevens, terwijl ze weinig tijd en energie kosten. Guo zei: "Dit is de eerste demonstratie van het gebruik van hersenorganoïden in computers. Het is spannend om de mogelijkheden van organoïden voor bio-informatica in de toekomst te zien."
Het doel van het gebruik van Brainoware was om echte hersencellen te gebruiken voor de uitwisseling van invoer- en uitvoerinformatie. Na het uitvoeren van elektrische stimulatie op het hybride systeem liet de AI veranderingen zien in de neurale netwerken terwijl deze op de signalen reageerde. Het team besloot vervolgens om het op de proef te stellen door middel van een aantal tests, waaronder het oplossen van wiskundige vergelijkingen. Vervolgens hebben ze 240 audiofragmenten met acht verschillende stemmen die Japanse klinkers uitspreken, omgezet in elektrische signalen en deze toegepast op Brainoware. De hersenorganoïde produceerde signalen in neurale netwerken, die bij decodering een soort spraakherkenning vertoonden, hoewel "de nauwkeurigheid laag was", zei Guo. Door de hybride te trainen steeg de nauwkeurigheid tot 78%, hoewel dit nog steeds ver verwijderd is van de resultaten die door kunstmatige neurale netwerken worden geproduceerd.
Het doel van het onderzoek was dan ook om “een brug te slaan tussen kunstmatige intelligentie en organoïden”, aangezien zowel AI als de hersenen gebaseerd zijn op de overdracht van signalen rond een neuraal netwerk. "We wilden ons afvragen of we het biologische neurale netwerk binnen de hersenorganoïde kunnen gebruiken voor computergebruik." Het gebruik van levende cellen in de IT-sector zal echter grote uitdagingen moeten overwinnen, zoals het levend houden van organoïden, die met de ontwikkeling van toekomstige toepassingen steeds groter in omvang zouden kunnen worden. De volgende stap zal het begrijpen van het mogelijke vermogen van organoïden zijn om ingewikkelder taken uit te voeren, en het evalueren van de mogelijkheid om ze te integreren in siliciummicrochips, die momenteel worden gebruikt in computers op basis van kunstmatige intelligentie. Wat vind je van deze vooruitgang?
