FinalSpark: Надяваме се да построим ферми с „живи“ компютри

Евелина Къртис. Снимка: FinalSpark

„С инициативност и постоянство можеш в действителност да промениш света“, убедена е д-р Евелина Къртис. Тя е един от водещите учени, част от екипа на FinalSpark. Компанията доби широка популярност покрай своя проект - Невроплатформа. Невроплатформата дава възможност за отдалечено подаване на електрически импулси към невросфери - структури от живи нервни клетки, чрез компютърен интерфейс. „Нашите невросфери не са мозък и нямат самосъзнание“, подчертава д-р Къртис. Свързахме се с нея, за да ни разкаже повече за технологиите, които стоят зад бъдещето на биопроцесорите и плановете за развитие на FinalSpark. Ето какво сподели тя пред екипа на Economy.bg:

Невросфера. Изображение: FinalSpark

Какво представлява „уетуеър“, какво е биопроцесор и каква е технологията, която използвате във FinalSpark?
Уетуеър е извършване на изчисления върху „мокър“ хардуер, за разлика от дигиталния хардуер, който в момента се ползва. Този „мокър“ хардуер е съставен от живи нервни клетки, неврони. Живите клетки са винаги „мокри“, тъй като водата е необходим компонент на всички живи организми. Тази област е все още в своето ранно развитие и текущо ние не можем да правим много. Но перспективите за развитие са огромни, тъй като невронните клетки са милион пъти по-енергоефективни при обработване на информация, отколкото дигиталните процесори. Биопроцесорите са бъдещето на уетуеър изчисленията. Това е процесор, който е изграден от живи неврони. Към настоящия момент в лабораторията на FinalSpark имаме невросфери. Те могат да бъдат счетени за прототип на биопроцесори. Невросферите са кръгли структури, всяка от които е изградена от около 10 хил. невронни клетки. Обикновено се използват за биомедицински проучвания, за да разберем по-добре как невроните работят в биологичните системи. Във FinalSpark ги използваме, за да извършват изчисления.

Всички типове невронни клетки ли могат да извършат необходимите изчисления или трябва да бъдат от специфичен тип?
Необходим е специфичен тип, точните характеристики са все още предмет на активно проучване.

На този етап невронните сфери могат ли да извършват изчисления?
Към момента все още не извършваме изчисления. Провеждаме мащабни експерименти, които се стремят да намерят значими връзки между въведената информация и получения резултат, т.е. между електрическите сигнали, които пращаме към живите невронни клетки и електрическите сигнали, които получаваме от тях. Когато успеем да разработим метод за „обучение“ на невроните, т.е. знаем какви сигнали трябва да им пратим, за да получим конкретен отговор, тогава ще започнем да мислим за извършване на изчисления. Тези изчисления най-вероятно ще се извършват, като на невроните се изпращат електрически и химически сигнали и се измерва техният електрически отговор.

Какъв тип стимулиращи сигнали могат да изпращат учените, какъв резултат измерват и как го превръщат в значима информация?
За да стимулираме невроните, им изпращаме моно-, дву- и трифазни електрически сигнали. Това са на практика кратки импулси ток. Всяка невросфера е свързана към 8 електрода. Можем да изпратим едновременно електрически сигнали само към няколко от електродите или към всички. Експериментираме и с подаването на химически сигнали. Като отговор отчитаме електрическия сигнал от същите тези електроди.

Произвеждат ли невроните спонтанни електрически сигнали и без да бъдат стимулирани? Как се отразява това на провежданите експерименти?
Да, те са активни през цялото време. Тази непрестанна активност, наричаме „спонтанна“. Може да я наблюдавате и в реално време на нашия сайт. Статистическият анализ позволява да се разграничи спонтанната активност от ефекта на стимулациите.

Какви са предимствата на уетуеър спрямо масовия компютърен хардуер?
Гледайки човешкия мозък, можем да кажем, че невроните са много енергоефективни и много по-добри в обработката на сложна информация в сравнение с дигиталните компютри. Освен това, биомедицинските проучвания сочат, че живите неврони са скалируеми. Лесно е да се сдобием с големи количества от тях инвитро в лабораторни условия.

Final Spark е разработила и предложила безплатно за изследователски цели платформа, наречена „Невроплатформа“. Може ли накратко да ни разкажете какво представлява и какво може да прави? 

Невроплатформата е достъпна безплатно за извършване на проучвания от малко на брой потребители. Предлагаме и платен достъп на изследователи, отделни хора и компании. Възможността да осигурим платен достъп също е ограничена, тъй като сме малка лаборатория. Невроплатформата дава през интернет браузър отдалечен достъп до нашата лаборатория във Вьове, Швейцария. Изследователите могат да се свържат с нашата лаборатория и да извършат експерименти, използвайки код, написан на Python и Pytorch. Свързват се с дигиталния хардуер в нашата лаборатория, който пък е свързан с живите клетки. Потребителите на невроплатформата могат да правят експерименти – да изпращат различни типове електрически сигнали към невроните чрез електродите и да събират и анализират получените данни (постъпилите обратно електрически импулси, идващи от невроните). Предлагаме денонощно наблюдение върху клетките и тяхната среда чрез сензори и камери. Влагаме много усилия да направим експериментите си автоматизирани и контролируеми, така че изследователите, които работят с нас, да могат лесно да съберат големи обеми данни и да ги анализират ефикасно. Това е важно. За да могат да бъдат получени значими резултати от стимулирането на живите неврони с електрически сигнали, имаме нужда от много експерименти през продължителен период от време.

Организация на Невроплатформата. Графика: FinalSpark

Кои са най-големите предизвикателства, с които се сблъсквате?
За разлика от дигиталните невронни мрежи, които изграждат дигиталния изкуствен интелект, живите неврони са истинска „черна кутия“. Освен това са нестабилни като система. Това са най-големите предизвикателства, които виждаме към момента при работа с тях.

Защо са „черна кутия“?
Защото не можем да видим връзките вътре. Връзките между невроните определят тяхното поведение. Ние трябва да научим как да променяме тяхното поведение (електрическите сигнали, които произвеждат) само чрез външни стимули, без да можем да видим какво се случва вътре. Аналогично е на човешкия мозък или мозъка на животно. Ако учите човек на ново умение или обучите своето куче – вие не гледате какво се случва вътре в мозъка им, за да прецените как да пренаредите отделните връзки. Вместо това, използвате подходящ език, за да общувате с тях и да промените тяхното поведение. Имаме нужда от подобен език, за да комуникираме с невроните, без да виждаме какво се случва вътре в тях. При програмирането на дигиталните компютри също използваме специален език – език на програмиране, но в този случай можем да видим вътре в хардуера и да променим частите. Това е по-трудно при големите модели изкуствен интелект, но все пак при дигиталните компютри винаги имаме повече информация относно вътрешната структура, отколкото при биологичните системи.

Защо невросферите са „нестабилни системи“?
Дигиталните компютри са изградени от нежива материя. Тя може да бъде стабилна система. С други думи, нейната структура може да бъде поддържана без изменения или да бъде обект на специфични предвидими изменения през времето. От друга страна, живите клетки са динамични. Всяка жива система е динамична. Това е една от неизменните характеристики на живота – да бъде динамичен. Това прави комуникацията с живите неврони по-сложна. Отново може да ползваме аналогията с човешкия мозък или мозъка на животно – ние не сме едни и същи по време на нашия живот. Нашите мозъци се променят с натрупания опит. Същото се случва и с живите неврони инвитро – те се променят в рамките на своя жизнен цикъл. Невроните в невросферата остаряват с времето и връзките между тях могат да бъдат променени.

Тези невросфери имат ли самосъзнание?
Не. Нашите невросфери не са мозък и нямат самосъзнание. Те са изградени от същите „строителни блокове“ като мозъка, затова и споделят някои от неговите характеристики (черни кутии, нестабилни системи). Но от научна гледна точка не е вярно, че държим някакви живи същества в лабораторията, както се е случвало да бъде посочвано в някои лъжливи медийни публикации.

Според Вас кой е най-интересният експеримент, осъществяван чрез Невроплатформата?
Моята работа е ориентирана към пазарната реализация на нашия проект. За мен най-интересният факт около Final Spark е, че с инициативност и постоянство можеш в действителност да промениш света. Основателите на Final Spark започнаха с една празна страница, без финансов гръб и без експертни познания в сферата на биологията. Техният опит е в сферата на математиката. Сега имат лаборатория, която може да се ползва от цял свят. Партнираме си с 8 топ университета, които провеждат проучвания заедно с нас и получаваме огромен брой съобщения от хора от цял свят, които искат да научат повече, да работят с нас или да инвестират в нас. Това за мен е един невероятен бизнес експеримент. От научна гледна точка, за мен най-вълнуващи са експериментите, които са насочени към конектомиката на невросферите. В известна степен тези експерименти са свързани с проучванията, които правех, докато бях само учен. Докторската ми степен е свързана с позитронно-емисионната томография на мозъка. Това е неинвазивен метод, чрез който се разбира какво се случва вътре в мозъка. Хардуерът, използван от Final Spark, няма нищо общо с PET скенера, но нашият екип използва сходни математически методи, за да изчисли какво се случва вътре в невросферите. Така можем да осветим „черните кутии“.

Как финансирате своята дейност и какви са плановете Ви за бъдещо развитие?
FinalSpark се финансира от своите съоснователи – др. Фред Джордан и др. Мартин Кътър, които имат зад гърба си вече един успешен проект – AlpVision. Това им позволява до този момент да не са зависими от външно финансиране.

Отворени ли сте към външно финансиране?
Водим разговори с инвеститори и имаме желание да работим с някой, който може да ускори развойната ни дейност. Това е дългосрочен проект за мечтатели, които са отворени да поемат този риск. Ако проработи, както много експерти предвиждат, това ще бъде революция в изчислителните технологии. Но не трябва да забравяме, че рискът от неуспех е висок.

Според Вас каква роля ще има уетуерът в бъдеще?
Трудно е да се предвиди. Уетуерът е малко като квантовите компютри, но 15 години по-малко напреднал в своето разработване. Знаем, че има потенциал. Още не знаем как можем да го използваме. Това е съвсем нормално за всяка нова технология. Например, когато са създадени първите транзистори, никой не си е представял, че един ден всеки човек ще има личен компютър. Когато е създаден интернет, никой не е предвиждал имейлите и социалните мрежи. Единственото, което знаем със сигурност е, че технологиите променят света. Но как точно ще се случи тази промяна, зависи от много хора, които ще изобретят не само новите технологии, но също и начините за тяхното ползване. Нашата визия е да изградим отдалечени биосървъри, които да бъдат достъпни по сходен на облачните технологии начин. Развойната ни дейност е организирана около тази цел.

Какви постижения очаквате в областта на биокомпютрите през следващите 5 до 10 години?
Към момента се фокусираме върху ученето. Трябва да разберем как да постигнем смислена връзка между сигналите, които изпращаме на невроните, и сигналите, които получаваме от тях по един повторяем начин. Това ще бъде „езикът“ за комуникация с живите неврони инвитро. Следващата цел ще бъде да постигнем скалируемост. Трябва да направим нашите невросфери по-големи. Тук основен проблем е, че големите живи структури имат нужда от механизъм, който да доставя кислород, хранителни вещества и да отвежда отпадните материали. При живите органи тази функция е поета от кръвоносните съдове и лимфните съдове. Инвитро ще трябва да изградим някаква изкуствена система за тази цел, която ще бъде вдъхновена от биологията, но вероятно ще бъде много различна от съществуващата при живите организми. Третото нещо, което се надяваме да постигнем, е да построим биоферми – големи съоръжения с живи компютри, които са отдалечено достъпни за извършване на изчисления.