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Wissenschaftler haben hirnähnliches Gewebe mit elektronischer Hardware kombiniert, um ein Spracherkennungs- und Berechnungssystem zu schaffen und so die Forschung zur Entwicklung leistungsstarker biologischer Computer voranzutreiben.
Die Arbeit fördert die Bemühungen, sogenannte neuromorphe Computergeräte zu bauen, die von menschlichen Gehirnzellen angetrieben werden und das Potenzial haben, schneller zu lernen und energieeffizienter zu sein als herkömmliche Maschinen auf Siliziumbasis. Ein Durchbruch in diesem aufstrebenden Bereich könnte Anwendungen der künstlichen Intelligenz verbessern und Fortschritte in Bereichen wie der medizinischen Wissenschaft und Behandlung ermöglichen, sagen Forscher.
„Gehirninspirierte Computerhardware zielt darauf ab, die Struktur und Arbeitsprinzipien des Gehirns nachzuahmen und könnte verwendet werden, um aktuelle Einschränkungen in KI-Technologien zu überwinden“, schrieben die Autoren eines am Montag in Nature Electronics veröffentlichten Artikels über die Hybridschöpfung
Forscher der Indiana University Bloomington, der Universitäten Florida und Cincinnati sowie des Cincinnati Children’s Hospital Medical Center bauten das „Brainoware“-System unter Verwendung eines sogenannten Gehirnorganoids – einer kleinen dreidimensionalen Nervenstruktur, die aus menschlichen Stammzellen gewachsen ist.
Das Team schloss Computerhardware an, um elektrische Reize an das Organoid zu senden und die neuronale Aktivität abzulesen, die es als Reaktion darauf erzeugte. Das System erkannte japanische Vokale und sagte eine mathematische Karte voraus.
In einem Sprachtest gaben die Wissenschaftler Brainoware die Aufgabe, anhand von insgesamt 240 Audioclips zwischen acht verschiedenen männlichen japanischen Sprechern zu unterscheiden. Das System wurde nach dem Training des zugrunde liegenden Algorithmus deutlich besser und verbesserte sich von etwa 51 Prozent auf etwa 78 Prozent.
In einem Mathematiktest versuchten die Forscher, das System dazu zu bringen, eine Hénon-Karte vorherzusagen, eine Darstellung chaotischer Aktivität. Hier erwies sich Brainoware als etwas weniger genau als siliziumbasierte neuronale Netze – die Trainingszeit war jedoch um mehr als 90 Prozent kürzer.
Die Forschung erfolgt, nachdem ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Johns Hopkins University in den USA im Februar einen detaillierten Fahrplan zur „organoiden Intelligenz“ vorgestellt hat. Der Plan verspricht Entdeckungen in der Informatik, den Neurowissenschaften und anderen Bereichen der medizinischen Forschung.
Während Forscher zugeben, dass biologische Computer für den allgemeinen Gebrauch möglicherweise noch Jahrzehnte von der Realisierung entfernt sind, verdeutlichen die Brainoware-Experimente das Potenzial dieses Fachgebiets.
Die biologische Computerforschung wird wahrscheinlich „grundlegende Erkenntnisse über die Mechanismen des Lernens, die neuronale Entwicklung und die kognitiven Auswirkungen neurodegenerativer Erkrankungen“ liefern, schrieb ein Trio von Johns Hopkins-Wissenschaftlern in einem Kommentar, der ebenfalls am Montag in Nature Electronics veröffentlicht wurde.
„In den nächsten Jahren werden wahrscheinlich immer komplexere neuronale Systeme entstehen, die mit immer komplexeren künstlichen Umgebungen interagieren können“, sagten die drei Forscher, die nicht an der Brainoware-Studie beteiligt waren.
Die Fortschritte werfen auch ethische Fragen hinsichtlich der Schaffung einer gehirnähnlichen „Intelligenz in einer Schüssel“ auf, die sogar das Potenzial hat, grundlegendes Bewusstsein zu erlangen.
„Da die Komplexität dieser Organoidsysteme zunimmt, ist es für die Gemeinschaft von entscheidender Bedeutung, die unzähligen neuroethischen Fragen zu untersuchen, die Biocomputersysteme mit menschlichem Nervengewebe umgeben“, fügten die Forscher hinzu.