Des chercheurs utilisent des cellules cérébrales humaines pour la reconnaissance vocale de l'IA

Des groupes de cellules cérébrales humaines cultivées dans des boîtes de Petri ont été intégrés à des ordinateurs pour atteindre un niveau fondamental de reconnaissance vocale.

Feng Guo, de l'université de l'Indiana à Bloomington, explique l'étude, publiée dans la revue Nature ElectronicsIl s'agit d'une démonstration préliminaire visant à démontrer la faisabilité du concept. Le chemin à parcourir est encore long".

M. Guo souligne deux défis majeurs de l'IA conventionnelle que cette forme d'IA biologique cherche à résoudre : la forte consommation d'énergie et les limites inhérentes aux puces de silicium, comme leurs fonctions distinctes de traitement et de stockage de l'information.

L'équipe de Guo, ainsi que d'autres, comme l'entreprise australienne Cortical Labs qui des cellules cérébrales entraînées pour jouer à Pong en 2022Les chercheurs de l'Institut de recherche sur les maladies infectieuses (IRM), de l'Institut de recherche sur les maladies infectieuses (IRM) et de l'Institut de recherche sur les maladies infectieuses (IRM) explorent la bio-informatique avec des cellules nerveuses vivantes comme solution potentielle à ces défis. 

Ces organoïdes cérébraux - cultures tissulaires tridimensionnelles auto-organisées ressemblant à des mini-cerveaux - émergent de cellules souches dans des conditions de croissance spécifiques. 

Ils peuvent atteindre quelques millimètres de diamètre et contenir jusqu'à 100 millions de cellules nerveuses. À titre de comparaison, un cerveau humain compte environ 100 milliards de cellules nerveuses. Les organoïdes sont placés sur un réseau de microélectrodes qui stimule l'organoïde et enregistre l'activité neuronale. L'équipe de Guo appelle ce dispositif "Brainoware".

Brainoware est essentiellement une nouvelle forme d'IA très différente de celle que l'on trouve habituellement dans les ordinateurs et les smartphones.

Au lieu d'utiliser des puces ordinaires, les chercheurs ont créé une petite grappe de puces. cellules du cerveau humain - l'organoïde cérébral. Ce minuscule "mini-cerveau" est cultivé en laboratoire à partir de cellules souches et peut effectuer certaines tâches de base que l'on associe généralement à l'IA, comme reconnaître des modèles de discours.

Comment cela fonctionne-t-il ?

 L'organoïde cérébral est placé sur un appareil spécial qui peut envoyer et lire des signaux électriques.

Les chercheurs peuvent ainsi communiquer avec l'organoïde, comme s'ils lui apprenaient à réagir à certains modèles ou à certaines données. Dans l'étude, ils l'ont entraîné à reconnaître différentes voix à partir de clips audio.

L'un des aspects les plus remarquables du Brainware est qu'il apprend et s'adapte. Tout comme le cerveau humain s'améliore avec la pratique, l'organoïde améliore sa capacité à reconnaître les voix au fur et à mesure qu'il y est exposé. 

Cela nous rapproche de la création d'une IA fonctionnant davantage comme le cerveau humain, qui est exceptionnellement efficace et n'a pas besoin de beaucoup d'énergie pour fonctionner (à peu près celle d'une petite ampoule électrique).

Cependant, il y a des défis à relever. La culture de ces organoïdes cérébraux est délicate - ils sont difficiles à créer, à reproduire de manière cohérente et ne durent pas longtemps, mais l'équipe travaille sur des solutions. 

Performance de Brainoware

Dans le cadre d'une expérience de reconnaissance vocale non supervisée, les organoïdes ont été entraînés à distinguer une voix unique parmi 240 enregistrements audio de huit personnes prononçant des voyelles japonaises. Ces sons ont été convertis en séquences de signaux et en modèles spatiaux pour les organoïdes.

Au départ, les organoïdes présentaient un taux de précision d'environ 30 à 40%, qui s'est amélioré pour atteindre 70 à 80% après deux jours d'entraînement. 

En savoir plus sur l'étude

IA bio-inspirée Elle peut prendre différentes formes, telles que puces neuromorphiques basée sur des neurones biologiques. Il va plus loin en créant une architecture informatique à partir d'organoïdes biologiques. 

Voici plus de détails sur son fonctionnement :

1. Matériel d'IA bio-inspiré: L'étude, publiée dans Nature Electronics, présente Brainoware, un nouveau matériel d'intelligence artificielle qui utilise des réseaux neuronaux biologiques à l'intérieur d'un organoïde cérébral. Il s'agit d'un changement fondamental par rapport aux puces de silicium traditionnelles inspirées du cerveau, qui offre une émulation plus authentique de la fonction cérébrale.
2. Structure et fonctionnalité de Brainoware: Brainoware fonctionne en interfaçant un organoïde cérébral, cultivé à partir de cellules souches pluripotentes humaines, avec un réseau multiélectrode à haute densité. Cette configuration permet à la fois de transmettre des signaux électriques à l'organoïde et de détecter les réponses neuronales. L'organoïde présente des propriétés telles que la dynamique non linéaire, la mémoire et la capacité de traiter des informations spatiales.
3. Applications démontrées dans l'étude: L'équipe a appliqué avec succès Brainoware à des scénarios pratiques, tels que la reconnaissance vocale et la prédiction d'équations chaotiques non linéaires (comme la carte de Hénon). Cela montre la capacité de Brainoware à améliorer ses performances informatiques par l'entraînement, ce qui souligne son potentiel pour les tâches nécessitant un apprentissage adaptatif.
4. Défis et limites: Malgré son approche innovante, Brainoware est confronté à plusieurs défis techniques, notamment la génération et la maintenance d'organoïdes cérébraux. En outre, la dépendance du matériel à l'égard de l'équipement périphérique entrave son potentiel. En d'autres termes, il faut beaucoup d'équipement de soutien pour permettre aux organes cérébraux de fonctionner correctement. 
5. Orientations futures et potentiel: L'étude suggère qu'avec des progrès dans la culture d'organoïdes et la résolution des problèmes pratiques liés aux organoïdes, Brainoware pourrait évoluer vers un système plus efficace et plus sophistiqué. Cela pourrait conduire à un matériel d'IA qui imite plus fidèlement le fonctionnement du cerveau humain, ce qui pourrait réduire la consommation d'énergie.

À l'avenir, ces types de systèmes de bio-informatique pourraient exécuter des tâches d'intelligence artificielle de manière plus économe en énergie que les puces traditionnelles à base de silicium. 

Les progrès réalisés cette année dans le domaine de l'IA bio-inspirée sont extrêmement prometteurs, car ils aideront l'industrie de l'IA à dépasser les limites du calcul par force brute et à créer des technologies écoénergétiques aussi élégantes que la nature.