「知覚力ある」培養脳細胞、ビデオゲームを学習 豪研究

【ワシントンＡＦＰ＝時事】シャーレ（ペトリ皿）で培養した脳細胞に、卓球ビデオゲーム「ポン」のプレー方法を学習させることに成功したとする研究論文が１２日、米脳神経科学誌ニューロンに発表された。研究を行ったオーストラリアの脳神経科学者チームは、脳細胞が「知覚力を有した行動」を示したと説明している。（写真は「ディッシュブレーン」の顕微鏡画像。コーティカル・ラブズ提供）
　研究を率いたブレット・ケーガン氏はＡＦＰに対し、今回の研究結果は、神経細胞を利用した生物学的情報プロセッサー（処理装置）の開発につながるものだと説明。「機械学習アルゴリズムが何かを学習するためには何千ものデータサンプルが必要となる」のに対し「犬は訓練すれば２～３回で芸を覚える」とし、生物学的プロセッサーは電子コンピューターを補完するものとなると語った。
　研究チームは、マウスの胚から脳細胞を採取し、ヒトの成体幹細胞からニューロン（神経細胞）を作成。細胞の活動を読み取り刺激を与えることができる微小電極配列の上で培養した。「ディッシュ（皿）ブレーン」と名付けられた培養組織は約８０万個のニューロンからなり、大きさはマルハナバチの脳と同程度だった。
　「ポン」は対戦式のゲームだが、実験では対戦相手のいない形に簡略化された。電極配列の左右からボールの位置を示す信号が送られ、それに応じてディッシュブレーンがパドルを動かす信号を返す仕組みだ。
　大きな課題となったのが、神経細胞にゲームの遊び方を「教える」方法だ。これには、論文の共同執筆者カール・フリストン氏が１０年以上前に提唱した「自由エネルギー原理」を応用した。同原理では、細胞には環境中の予測不可能性を最小限に抑えようとする性質があるとされる。
　ディッシュブレーンがパドルをボールに当てることに成功すると「予測可能」な電気信号が、失敗した場合にはランダムで「予測不可能」な信号が送られた。これによりディッシュブレーンは「自分の世界を制御可能で予測可能なものにするためには（パドルを）ボールにうまく当てられるようになるしかない」状態に置かれたと、ケーガン氏は説明している。
　研究チームは、ディッシュブレーンが知覚情報に対して動的に反応したことから、「知覚力」を有していると結論。ただ、自らの存在を自覚していることを示す「意識」は有していないとした。
　ケーガン氏によると、ディッシュブレーンはさらに、米グーグルのブラウザー「クローム」でインターネット未接続時に表示される「恐竜ゲーム」にも挑戦。その初期結果は良好だったという。次の実験として、薬物やアルコールがディッシュブレーンの能力に与える影響を調べる予定だ。【翻訳編集ＡＦＰＢＢＮｅｗｓ】
〔ＡＦＰ＝時事〕（2022/10/13-13:10）

Neuroscientists have shown that lab-grown brain cells can learn to play the classic video game Pong, and could be capable of intelligent and sentient behavior.
Brett Kagan, who led a study published in the journal Neuron Wednesday, told AFP his findings open the door to a new type of research into biological information processors, complementing normal digital computers.
What machines can't do is learn things very quickly -- if you need a machine learning algorithm to learn something, it requires thousands of data samples, he explained.
But if you ask a human, or train a dog, a dog can learn a trick in two or three tries.
Kagan, chief scientific officer at Melbourne-based Cortical Labs, set out to answer whether there is a way to harness the inherent intelligence of neurons.
Kagan and colleagues took mice cells from embryonic brains, and derived human neurons from adult stem cells.
They then grew them on top of microelectrode arrays that could read their activity and stimulate them. The experiments involved a cluster of around 800,000 neurons, roughly the size of a bumblebee brain.
In the game, a signal was sent from the left or right of the array to indicate where the ball was located, and DishBrain, as the researchers called it, fired back signals to move the paddle, in a simplified, opponent-free version of Pong.
- 'Sentient, but not conscious' -
One of the major hurdles was figuring out how to teach the neurons.
In the past, it has been proposed to give them a shot of the feel good hormone dopamine to reward a correct action -- but that was difficult to achieve in a time-sensitive way.
Instead, the team relied on a theory called the free energy principle that was coined by the paper's senior author Karl Friston, which says cells are hardwired to minimize unpredictability in their environments.
When the neurons succeeded in making the paddle hit the ball, they received predictable electrical signals. But when they missed, they were sent randomized, or unpredictable signals.
The only thing that the neurons could do is actually get better at trying to hit the ball to keep their world controllable and predictable, said Kagan.
DishBrain's performance isn't up to AI (artificial intelligence) or human standards, but the fact we see any significant learning is really just evidence of how robust neurons are at processing information and adapting to their environment, he added.
The team believes DishBrain is sentient -- which they defined as being able to sense and respond to sensory information in a dynamic way -- but drew the line at calling it conscious, which implies awareness of being.
DishBrain also tried out another task -- the dinosaur game that appears in Google Chrome when no internet connection is found -- and the preliminary results were encouraging, said Kagan.
For their next steps, the team plans to test how DishBrain's intelligence is affected by medicines and alcohol -- though Kagan himself is most excited by the future possibilities of biological computers based on this discovery.
We compare it to the first transistor, he said, the building block of modern electronics invented in 1947, which eventually led to today's powerful digital computers.
This is robustly conducted, interesting neuroscience, said Tara Spires-Jones of the Centre for Discovery Brain Science at the University of Edinburgh, who was not involved in the study.
Don't worry, while these dishes of neurons can change their responses based on stimulation, they are not SciFi style intelligence in a dish, these are simple (albeit interesting and scientifically important) circuit responses.