Minicrebro vivo roda inteligncia artificial

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 12/12/2023

Hardware biolgico

Cientistas comearam a mesclar a inteligncia artificial que roda nos computadores com um “hardware biolgico”, um crebro artificial formado por clulas vivas, cultivado em laboratrio, criando o que a equipe chama de brainoware.

O sistema de computao hbrido – um hardware eletrnico, um software e o organoide cerebral – mostrou-se capaz de realizar tarefas complexas, como o reconhecimento de fala e a previso de equaes no-lineares.

A demanda por poder computacional no para de aumentar, destacando-se entre os principais responsveis por isto os programas de inteligncia artificial, capazes de uma aprendizagem automtica baseada em simulaes de redes neurais. No entanto, medida que esses programas se tornam mais sofisticados, como os grandes modelos de linguagem, como ChatGPT e Bard, os computadores no esto conseguindo acompanhar o ritmo, tanto em termos de velocidade quanto de eficincia energtica, com gastos descomunais de energia.

Em resposta, alguns cientistas acreditam que o caminho est em desenvolver sistemas de computao neuromrfica, inspirados na estrutura e nas funcionalidades do crebro humano, mas usando componentes semicondutores, como memoristores e materiais de mudana de fase.

Outros cientistas, contudo, vo alm, e j trabalham no desenvolvimento da biocomputao, uma computao baseada em um hardware biolgico. Esses biocomputadores so concebidos desde o projeto para executar as redes neurais e os modelos de inteligncia artificial do modo mais eficiente possvel.

Esquema do sistema de biocomputao e imagens do minicrebro.
[Imagem: Hongwei Cai et al. – 10.1038/s41928-023-01069-w]

Processador vivo

Os organoides cerebrais, ou minicrebros, so agregados tridimensionais de clulas cultivadas artificialmente a partir de clulas-tronco pluripotentes humanas. Essas clulas desenvolvem-se e criam tecidos semelhantes aos do crebro, e esses tecidos so capazes de replicar alguns aspectos mais bsicos da estrutura e das funcionalidades do crebro.

Hongwei Cai e seus colegas da Universidade de Indiana (EUA) criaram agora um sistema de computao neuromrfica hbrida que parte um hardware de computao tradicional e parte um organoide cerebral.

O organoide desenvolveu diferentes populaes de clulas cerebrais, incluindo neurnios em estgio inicial e maduros, e comeou a desenvolver estruturas semelhantes s zonas ventriculares, que participam da formao e funcionamento das redes neurais. Para fazer as computaes, o organoide recebe entradas por meio de estimulao eltrica, e envia os resultados (ou sadas) por meio de atividade neural, como qualquer crebro biolgico.

Os cientistas ento incorporaram o organoide em um tipo de rede neural artificial, conhecida como computao de reservatrio, onde ele funcionou como uma camada dinmica de reservatrio fsico, capaz de receber e lembrar informaes com base em uma sequncia de sinais eltricos de entrada.

Enquanto isso, um hardware de computador normal foi usado para as camadas de entrada e sada, com a camada de sada sendo um sistema de inteligncia artificial comum treinado para ler a camada do reservatrio e fazer previses ou classificaes a partir dos dados de entrada.

O sistema executou tarefas matemticas e de reconhecimento de fala.
[Imagem: Hongwei Cai et al. – 10.1038/s41928-023-01069-w]

Descontrole da inteligncia artificial

A equipe demonstrou a capacidade do sistema utilizando o brainoware em uma tarefa de reconhecimento de fala. A tarefa consistia em reconhecer os sons das vogais japonesas gravadas por oito falantes masculinos diferentes, totalizando 240 clipes de udio. O sistema melhorou com o treinamento, atingindo uma preciso de aproximadamente 78%.

O sistema de biocomputao tambm foi usado para prever um mapa de Hnon, um sistema dinmico no-linear cujo comportamento extremamente sensvel a pequenas mudanas nas condies iniciais, ou seja, um sistema catico. Quando comparado com redes neurais artificiais com memria de longo prazo, o novo sistema hbrido apresentou uma preciso s ligeiramente inferior ao usar o mesmo conjunto de dados.

claro que a criao de hardwares baseados em clulas cerebrais reais, ou computao de base biolgica, leva ao extremo as preocupaes com a perda de controle da inteligncia artificial.

” medida que a sofisticao destes sistemas organoides aumenta, fundamental que a comunidade examine a mirade de questes neuroticas que cercam os sistemas de biocomputao que incorporam tecido neural humano. Pode levar dcadas at que sistemas gerais de biocomputao possam ser criados, mas provvel que esta pesquisa gere insights fundamentais sobre os mecanismos de aprendizagem, o desenvolvimento neural e as implicaes cognitivas das doenas neurodegenerativas,” afirmaram pesquisadores no envolvidos na pesquisa em um comentrio encomendado pela revista Nature Electronics, que publicou o trabalho.

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