培養したヒトの脳組織からコンピューターを作成
 米国インディアナ大学ブルーミントン校の研究チームが開発したバイオコンピューターは、培養した人間の脳組織が組み込まれた文字通り”生きたコンピューター”だ。

 どんなコンピューターにも敵わない人間の脳のパワーの秘密は、ニューロン(神経細胞)がプロセッサーとメモリの両方の役割を果たすことで生まれる効率性にある。

 人間の幹細胞から培養した脳オルガノイド(生体外で3次元的に作られたミニ脳)を搭載した「Brainoware」は、コンピューターを脳に近づけようという試みをさらに一歩進めたもので、人間の音声を認識したり、カオスのような非線型方程式を予測したりすることに成功している。

スーパーコンピューターに匹敵する人間の脳のパワー

 人間の脳は、自然に作られたとは信じ難いほど、精巧なシステムだ。

 脳を構成するニューロン(神経細胞)の数は平均860億個、それらが最大1000兆個のシナプスで結びつく。それぞれのニューロンが結合するニューロンは最大1万にも達し、それらが常に発火し、お互いにコミュニケーションを取り合う。

 そうやって織りなされた脳の活動を人工的なシステムで再現しようという試みは、ただ脳の凄さを思い知らされる結果にしかなっていない。

 2013年、当時世界最速のスーパーコンピューターのひとつだった理化学研究所の「京」によって、脳のシミュレーションが行われた。

 だが、8万2944個のプロセッサーと1ペタバイトのメインメモリを搭載する京であっても、17億3000万個のニューロンの活動たった1秒分をシミュレートするのに、じつに40分もかかったのだ。

 最近では、脳の構造や働き方を真似することで、どうにかハードウェアやアルゴリズムの性能を脳に近づけようと試みられている。

 こうしたアプローチを「神経形態学的コンピューティング」といい、一定の進歩が見られるが、エネルギーの消費が大きく、人工ニューラルネットワークの学習にも時間がかかる。
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実験室で培養した人間の脳組織を組み込んだバイオコンピューター

 米インディアナ大学ブルーミントン校のグオ・フェン氏らは、それとはまた異なるアプローチで脳のスーパーパワーに迫ろうとしている。

 機械で無理なら、コンピューターに本物の人間の脳を組み込んでしまおうというのだ。

 もちろん人間の頭から脳を取り出して使用したわけではない。研究チームが使用したのは、ヒトの多能性幹細胞から成長させた「オルガノイド」というミニ脳だ
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(上段左から右へ)培養7、14、28日目のヒト脳オルガノイド。(下段左から右へ)培養1、2、3ヶ月目 / image credit:Cai et al., Nat. Electron., 2023

 これは本物の脳ではなく、思考・感情・意識といったものはないが、構造や結合は脳そのもので、脳と同じように機能する。

 この脳オルガノイドを一般的なコンピューターにつないで開発されたのが、生きたコンピューター「Brainoware」だ。
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Brainowareの仕組みを示した図 / image credit:Cai et al., Nat. Electron., 2023

 このバイオコンピューターは、「リザバー・コンピューティング」というアプローチを用いたもので、高密度の電極アレイを介して、脳オルガノイドとコンピューターの間で情報をやり取りすることで機能する。

 リザバー・コンピューティングの”リザバー”とは、ため池のこと。池に石を次々に投げ込むと、水面に波紋が変化しながら広がるが、それが広がる様子を調べれば、どのような石が投げ込まれたのか知ることができる。

 このように一連の情報を入力したときに生じる”波紋”から、入力された時系列データのパターン認識を行うのがリザバー・コンピューティングだ。

 そしてコンピューターに組み込まれた脳オルガノイドは、このリザバーの役割を果たす。
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脳オルガノイドの活動をスキャンしたもの / image credit:Cai et al., Nat. Electron., 2023

音声の識別や簡単な数学モデルの予測に成功

 研究チームは、Brainowareの実力を確かめるため、まず8人の男性が日本語の母音を発音する音声を聴かせて、その声から発声者を当てるよう指示してみた。

 するとBrainowareは、わずか2日分の学習の後、78%の正解率で話者を区別できるようになった。

 さらにBrainowareに、エノン写像(シンプルでありながら、複雑な振る舞いを見せるカオス理論の数学的モデルのひとつ)の予測もさせてみた。

 すると4日分のトレーニングで、長・短期記憶ユニットを持たない人工ニューラルネットワークよりも正確に予測してのけたのだ。

 Brainowareの予測精度は、長・短期記憶ユニットを備えた人工ニューラルネットワークには劣っていたという。だが、そうしたネットワークが50日分の学習を済ませていたのに対して、Brainowareはその10分の1以下の学習時間で、ほぼ同じ正確さを身につけていた。

 「オルガノイドの高い可塑性と適応性のおかげで、Brainowareには、電気刺激に反応して変化・再編成する柔軟性がある。これは適応型リザバー・コンピューティングの実力を際立たせるもの」と、論文では説明されている。

 このようなバイオコンピューターは、オルガノイドの生命を維持する方法や、周辺機器の消費電力量といった技術的な問題だけでなく、倫理的な側面にも配慮する必要がある。

 それでも人間の脳組織を組み込んだBrainowareには、高度なコンピューター技術としてはもちろん、人間の脳の秘密を解明するツールとしても、大きな可能性が秘められている。

 この研究は『Nature Electronics』(2023年12月11日付)に掲載された。

References:Brain organoid reservoir computing for artificial intelligence | Nature Electronics / Human Brain Cells on a Chip Can Recognize Speech And Do Simple Math : ScienceAlert / written by hiroching / edited by / parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 20:12
  • ID:OhTCQxai0 #

アルコールウィルスを入れてハックとか
新たなハック技術が確立できそう

2

2. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 20:17
  • ID:dGjYfTYL0 #

怖いわ 怖いわぁ 怖いわぁ〜〜♪

3

3.

  • 2023年12月14日 20:22
  • ID:Lz2X2b4m0 #
4

4.

  • 2023年12月14日 20:25
  • ID:89WDafR50 #
5

5. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 20:35
  • ID:20Q38iNu0 #

> 研究チームは、Brainowareの実力を確かめるため、まず8人の男性が日本語の母音を発音する音声を聴かせて、その声から発声者を当てるよう指示してみた。

この辺からすでに意味が分からないんだよね

その声から発声者を当てるよう指示なんて、人間の言語が理解できるわけでもないのに

6

6.

  • 2023年12月14日 20:41
  • ID:RGa08agX0 #
7

7. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 20:44
  • ID:IJztsDhw0 #

いのちの輝きみが深い('Д')

8

8. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 20:48
  • ID:uo3VHs.y0 #

コンピュータでも昨日はノリノリだったが今日はだるい みたいなことがあるのだろうか

9

9.

  • 2023年12月14日 20:52
  • ID:alla3csR0 #
10

10.

  • 2023年12月14日 21:03
  • ID:zTx2AcWc0 #
11

11. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 21:05
  • ID:biSEuEyA0 #

バイオセンサーやサイコフレーム飛ばしてバイオコンピューターの開発に成功か
次はコピー脳の開発に向かうのだろうな

12

12. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 21:11
  • ID:LvURKrmc0 #

何で日本語なの?

13

13.

  • 2023年12月14日 21:15
  • ID:DTfVLlMW0 #
14

14. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 21:22
  • ID:4k3g3ifQ0 #

ファイブスター物語やん

15

15. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 21:22
  • ID:SvAZqcbN0 #

マモーの始まり?
でも脳の素晴らしい機能の一つ、"忘れる”が発揮されることを祈ろう

16

16. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 21:52
  • ID:VrMDk86t0 #

脳の長所は消費電力が少ないところ

17

17. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 21:59
  • ID:hnVwKios0 #

ついにシビュラが誕生するんですね

18

18. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 22:40
  • ID:lT21cjfZ0 #

ずーっと昔に読んだ記事だと計算結果の取り出しが凄まじい時間がかかって無理!みたいな話だったと思うけどもそれとは別物っぽい?

19

19.

  • 2023年12月14日 22:43
  • ID:xe.3BQ6y0 #
20

20. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 23:01
  • ID:PBbNDq.z0 #

>>12
自分もなんで日本語を使ったのか疑問に思った
母音の数が英語より少ないから実験にちょうどいいとかかね

21

21. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 23:11
  • ID:FRARcNl50 #

体は全身ドナーに、脳はコンピュータのパーツにされる時代がくるのかなぁ

22

22. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 23:44
  • ID:BPcCScaC0 #

有機コンピューター始まったか

23

23. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 23:47
  • ID:jVXxv.FN0 #

人間の頭に入ってる時より天才なのが地味に面白い
いずれ人体に組み込んで人類総天才になったりして
生きた細胞を維持するなら一番良い環境だし

24

24. 匿名処理班

  • 2023年12月14日 23:55
  • ID:jyBxOwEG0 #

カレンデバイス?

25

25. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 00:08
  • ID:56v3m8fw0 #

意識が無いとどうやって確認したんだろ?

26

26. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 00:16
  • ID:MEj.ElBr0 #

原作版の攻殻機動隊の世界のニューロチップか

27

27. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 00:30
  • ID:SprlGTFD0 #

何カ国聞かせたのか、日本語のみならその選択理由を知りたくてReferenceに飛んだけど有料なのでAbstractしか読めなかった。
言語認識に日本語しか使ってないならマテメソかどこかに選択理由が書いてあると思うんだけどなぁ…もしくはそれ以外の認識結果が良くなかったとか…

28

28. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 01:37
  • ID:Qqe1w8zs0 #

科学の進歩ってすげー!!
一部とはいえ生物である以上疲労するはず。もし実用化するならそのへんクリアしないと純機械の可用性には敵わないかも?

29

29. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 04:40
  • ID:G1m1VeT10 #

ゴセシケ

30

30. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 05:36
  • ID:BZf8tXbi0 #

我々のゴーストは別のところにあるのか

31

31. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 06:42
  • ID:ltTOXd6Y0 #

ロシア語で考えるんだ !

32

32. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 10:06
  • ID:x.zSaXX30 #

>>20
1語の発音が明確で英語より単語と発音の乖離が少ないからとか?
get out(出ていけ)がデ・テ・イ・ケとゲラゥーの差みたいな

33

33. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 10:14
  • ID:x.zSaXX30 #

ごめん、単語と思ったら母音だけの発音か
>日本語で「あ」という1種類の母音として認識する音幅の中に
>英語には/æ/、/ɑ/、/a/、/ʌ/という4つの音がそれぞれ異なる母音として存在します
なら>>20が正解かなあ

34

34. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 11:46
  • ID:VddPGels0 #

幻獣共生派がいなくても士魂号L型が作れるんですか!?

35

35. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 12:54
  • ID:JNds.jg50 #

ブレイン終われってすごい名前

36

36. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 15:47
  • ID:JQI.dkIt0 #

山本マサヨシの漫画で年頃の双子の女の子姉妹の脳を取り出して、スペースコロニーの環境制御の為の生体脳コンピュータに使うって漫画があったよね

37

37. 匿名処理班

  • 2023年12月15日 22:39
  • ID:zY86U.vT0 #

>>25
ナハハ(笑)

38

38.

  • 2023年12月16日 01:55
  • ID:2G9tZQqX0 #
39

39. 匿名処理班

  • 2023年12月16日 10:42
  • ID:v.p3nnEV0 #

テッカ饅やがな

40

40. 匿名処理班

  • 2023年12月17日 13:33
  • ID:FpDK8rCN0 #

それなのに何故、人類はこうも愚かなのか?
やはり、「心」があるからか…

41

41. 匿名処理班

  • 2023年12月17日 17:27
  • ID:dujBv3Fl0 #

「どんなコンピューターにも敵わない人間の脳のパワーの秘密」
あんた、脳さんをディスってんの?

42

42. 匿名処理班

  • 2023年12月18日 09:44
  • ID:PUrQy79h0 #

どんなコンピューターにも
じゃなくて
どんなコンピューターも
では?

43

43. 匿名処理班

  • 2023年12月18日 19:57
  • ID:PTnuaWqx0 #

プロセッサーとメモリの機能を併せ持つ物が沢山繋がったプログラムって無いのかな?要は「脳を真似れば良くね?」って事でしょ。

44

44. 匿名処理班

  • 2023年12月20日 19:36
  • ID:c0IMjbGe0 #

>>20
母音の件もそうだけど、日本語って「モーラ」って言われる音の区切りがすごいはっきりしてるのよね。
例えば、FOXって単語、ネイティブだと1モーラになっちゃうんだけど、
日本語だと「フォ・ッ・ク・ス」って4モーラになる。

区切りがしっかりしてればしてるほど聞き取りやすいってことを考えれば、
実験に使うのには適してるかもしれない。

45

45. 匿名処理班

  • 2023年12月22日 07:49
  • ID:5Te4w9dk0 #

>>43
残念ながらプログラムを動かすために必要なのがプロセッサとメモリなので、高性能なプロセッサ等が無いと複雑なプログラムを効率よく動かせないのです…

46

46. 匿名処理班

  • 2023年12月22日 21:58
  • ID:ZBnNsTIt0 #

(そうか、俺には意識がないのか。意識がないとはこういうことか・・・)とか思ってないよね

しかしまあ・・・ そんなに凄いのにオセロも将棋もコンピューターに負けっぱなしてのはどういうことかしら。

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