Šveicarijos startuolis siūlo milimetrų mastelio bioprocesorius, kurie mikroelektrodų matricose įterpia žmogaus iPSC kilmės žievės ir striatumo neuronus, kad atliktų DI užduotis per spygliavimą ir jonais pagrįstą signalizavimą. Įmonė teigia pasiekianti keliomis eilėmis didesnį energijos efektyvumą ir neuromoduliatoriais valdomą mokymą, tačiau preliminarūs duomenys ir organoidų gyvybingumas išlieka riboti, signalo ir triukšmo santykis bei mastelio didinimas yra neišspręsti, o biosaugos ir etiniai reglamentavimo pagrindai atsilieka nuo techninio pristatymo.
Kas yra „FinalSpark“ bioprocesoriai
Nors įkvėpti įprastų neuroninių tinklų ir spiking modelių, „FinalSpark“ „bioprocesoriai“ yra milimetrinio mastelio gyvo neuroninio audinio—organoidų—sąrankos, suprojektuotos atlikti skaičiavimus generuojant ir moduliuojant biologinius veikimo potencialus.
„FinalSpark“ milimetrinio mastelio bioprocesoriai: gyvi neuroniniai organoidai, sukurti skaičiuoti per koordinuotus biologinius veikimo potencialus ir jų moduliaciją
Kiekviename vienete yra tūkstančiai diferencijuotų neuronų, gautų iš iPSC, išdėstytų taip, kad būtų sujungtos į žievę ir striatumą panašios populiacijos mokymuisi ir pastiprinimui.
Mikroelektrodų matricos registruoja ~50 µV spyglius ir perduoda raštuotą stimuliaciją; neuromoduliatoriai (dopaminas, serotoninas) mokymo metu valdo plastiškumą.
Dabartiniai moduliai veikia nuo dienų iki mėnesių, reikalauja pakeitimo ir pakartotinio apmokymo; tikslai apima dvejų metų tarnavimo trukmę ir mastelinę gamybą.
Vystymas pabrėžia tikslų elektrofiziologinį skaitymą/rašymą, neuronų tipų valdymą ir atkuriamus gamybos protokolus.
Kaip gyvas nervinis audinys gali sumažinti dirbtinio intelekto energijos sąnaudas
Pasitelkiant įgimtą jonais pagrįsto signalizavimo efektyvumą ir biologiškai optimizuotą sinapsinį plastiškumą, gyvas nervinis audinys gali atlikti tam tikras informacijos apdorojimo užduotis gerokai mažesnėmis energijos sąnaudomis nei įprasta silicio aparatinė įranga.
Empiriniai palyginimai rodo, kad neuronai veikia milivoltų ir pikoamperų masteliu, taiko retą spygliavimą ir lokalų plastiškumą, todėl pasiekiamas didelis skaičiavimų-per-džaulį rodiklis šablonų atpažinimo ir asociatyvioms užduotims.
Organoidų tinklai išnaudoja masinį paralelizavimą, įvykių valdomą skaičiavimą ir adaptyvų junglumą, kad sumažintų perteklinį aktyvumą, kuris apsunkina CMOS sistemas.
Išmatuoti veikimo potencialai (~50 μV ekstraląsteliniai) ir neuromediatorių tarpininkaujama moduliacija leidžia taikyti mažos įtampos skaitymo/rašymo paradigmas.
Apribojimai apima palaikymo sąnaudas ir atkuriamumą; energijos taupymas priklauso nuo integracijos, eksploatavimo trukmės ir užduočių susiejimo.
Kaip „FinalSpark“ kuria ir treniruoja milimetro dydžio organoidus
Kurdama ir treniruodama milimetro mastelio organoidus, „FinalSpark“ derina nusistovėjusius kamieninių ląstelių protokolus, mikrogamintą elektrodų sąsajų infrastruktūrą ir uždarojo ciklo stimuliaciją, kad gautų pakartojamus, užduotis atlikti pajėgius neuroninius darinius.
iPSC diferencijuojamos į žievės, striatumo ir moduliacinių neuronų klases, taikant laiko atžvilgiu suderintus augimo faktorių režimus. Mikroelektrodų matricos (MEA) su mikronų mastelio kontaktais registruoja ~50 µV spyglius ir perduoda raštuotą stimuliaciją. Uždarojo ciklo valdikliai aptinka iš anksto apibrėžtus aktyvumo motyvus ir sukelia elektrinius impulsus arba neuromoduliatorių (dopamino/serotonino) tiekimą, kad sustiprintų pageidaujamas tinklo būsenas.
Protokolai apima standartizuotus pasėjimo tankius, junglumo karkasus ir automatizuotą kultūrų stebėseną, siekiant sumažinti kintamumą, užtikrinti pakartojamus treniravimo epochų ciklus ir paspartinti funkcinį nuskaitymą algoritminėms užduotims.
Dabartiniai techniniai apribojimai ir artimiausio laikotarpio terminai
Perėjimas nuo standartizuoto surinkimo ir uždaro ciklo treniravimo prie praktinio diegimo atskleidžia kelis konkrečius techninius apribojimus, kurie šiuo metu riboja našumą ir terminus. Dabartiniai apribojimai apima organoidų gyvavimo trukmę (dienos–mėnesiai), mikrovoltų lygio skaitymo/rašymo tikslumą, ribotą neuronų įvairovę ir pralaidumą lygiagretiems vienetams. Artimiausio laikotarpio tikslai orientuoti į laipsniškus patobulinimus: dvejų metų gyvavimo trukmes, patikimus elektrodų masyvus, automatizuotas iPSC pipelines ir mastelio didinimą iki šimtų įrenginių per dešimtmetį, priklausomai nuo atkuriamumo.
| Apribojimas | Dabartinė būklė |
|---|---|
| Organoidų gyvavimo trukmė | Dienos–mėnesiai |
| Signalo tikslumas | ~50 µV signalai, triukšmingi |
| Neuronų įvairovė | Riboti kontroliuojami tipai |
| Pralaidumas | Žemas, rankiniai žingsniai |
| Tikslinis terminas | 5–10 metų kukliam mastelio didinimui |
Saugumas, etika, reguliavimas ir visuomeninės rizikos
Kadangi platforma integruoja gyvą, iš žmogaus kilusį nervinį audinį su programuojamais stimuliavimo ir atlygio kanalais, saugos, etikos ir reguliavimo sistemos turi spręsti tiek biologinę riziką, tiek naujus moralinio statuso klausimus, kartu su įprastomis DI valdymo problemomis.
Gyvo žmogaus nervinio audinio integravimas su programuojama stimuliacija reikalauja saugos, etikos ir reguliavimo, apimančių biologinę saugą ir moralinį statusą.
Rizikos analizė turėtų kiekybiškai įvertinti biologinę saugą (patogenų sulaikymas, kryžminės taršos prevencija), neurofiziologinę gerovę (jautrumo slenksčiai, skausmo pakaitiniai rodikliai) ir ekologinį atliekų bei mastelio didinimo poveikį.
Reguliavimo keliai turi sujungti audinių tyrimų priežiūrą, medicinos prietaisų standartus ir DI atskaitomybę (auditabilumą, atkartojamumą).
Sutikimui, donorų iPSC kilmei ir dvejopo panaudojimo rizikos mažinimui reikalingi dokumentuoti protokolai.
Prieš komercinį mastelio didinimą būtini nepriklausomas patvirtinimas, standartizuoti funkcinio pajėgumo rodikliai ir etapinio diegimo apribojimai.
