Учёные подключили нейроны к компьютеру — теперь они играют в Pong и Doom

Если обычный компьютер отключить от электричества, он перестанет работать, но после включения продолжит выполнять программы. С биологическим компьютером всё сложнее. Его вычислительный элемент может заболеть, деградировать и погибнуть. Ему необходимы питательная среда, стабильная температура, кислород, защита от загрязнений и постоянное наблюдение.

Такие системы уже существуют. Живые нейроны выращивают на микросхемах, соединяют с электродами и помещают в замкнутую цифровую среду. Клетки получали сигналы от авиасимулятора, управляли ракеткой в Pong и участвовали в распознавании голосов. В 2025 году появилась даже коммерческая установка, позволяющая запускать эксперименты с человеческими нейронами через программный интерфейс.

Это не замена процессору и не «мозг в банке», а гибрид живой ткани с традиционной электроникой. Необычным его делает способность клеток перестраивать связи и менять активность в ответ на внешние сигналы.

Как электроника разговаривает с нейронами

Нейроны передают информацию короткими электрическими импульсами. Если вырастить их на многоэлектродной матрице, расположенные под клетками контакты смогут выполнять сразу две задачи: подавать слабые электрические стимулы и регистрировать ответную активность.

Цифровые данные нельзя напрямую отправить в живую ткань. Сначала программа переводит их в последовательность импульсов. Например, положение виртуального мяча можно обозначить стимуляцией определённой области культуры, а расстояние до него — частотой сигналов. Ответы тоже расшифровываются: активность разных групп клеток связывают с движением вправо или влево.

Так образуется замкнутый контур: программа сообщает о состоянии среды, клетки отвечают разрядами, компьютер превращает их в действие и отправляет новую информацию. При правильной обратной связи активность сети постепенно меняется. Однако нейроны не знают, что управляют самолётом или ракеткой. Смысл задачи создают люди, выбирающие способ кодирования данных и интерпретации ответов.

25 тысяч клеток за штурвалом самолёта

Один из самых известных ранних экспериментов провели в 2004 году в Университете Флориды. Исследователи поместили около 25 тысяч нейронов из коры головного мозга крысы на стеклянную пластину с 60 электродами. Клетки протягивали отростки, образовывали связи и постепенно превращались в единую активную сеть.

Матрицу подключили к симулятору истребителя F-22. Компьютер передавал клеткам информацию о положении самолёта, а зарегистрированные сигналы использовал для управления креном и тангажом. Сначала машина двигалась почти случайно, но постепенно сеть начинала лучше удерживать её в стабильном положении.

Крысиные клетки, разумеется, не освоили профессию пилота. Эксперимент показал, что не имеющая заранее заданной структуры живая сеть способна включиться в цифровой контур и изменить активность так, чтобы управляемая система стала устойчивее.

Как DishBrain играл в Pong

Следующий известный шаг был сделан в 2022 году. Система DishBrain объединяла примерно 800 тысяч нейронов, выращенных из человеческих стволовых клеток и полученных из мозга эмбрионов мышей, с многоэлектродными матрицами. Культуру поместили в упрощённую версию Pong.

Электроды сообщали сети, где находится мяч, а активность нейронов преобразовывалась в движение ракетки. После удачного удара клетки получали предсказуемый сигнал, после промаха — непредсказуемую стимуляцию. Такая обратная связь подталкивала сеть к более упорядоченной активности.

Со временем ракетка чаще оказывалась в нужном месте, а розыгрыши становились длиннее. В контрольных опытах без содержательной обратной связи такого улучшения не было. Авторы назвали результат целенаправленным адаптивным поведением.

В публикации также использовался спорный термин sentience — «способность ощущать», что породило сообщения о якобы появившемся у клеток сознании. Но изменение электрической активности не доказывает наличия ощущений или понимания игры. DishBrain обучался в крайне ограниченной среде с несколькими сигналами и действиями.

Brainoware и распознавание голосов

В DishBrain нейроны росли преимущественно плоским слоем. Другое направление использует органоиды — трёхмерные скопления клеток из стволовых клеток. Это не уменьшенные копии мозга, но их пространственная структура позволяет формировать более сложные связи.

В 2023 году исследователи представили Brainoware. Мозговой органоид разместили на многоэлектродной матрице и использовали как «резервуар» — динамическую среду, по-разному реагирующую на входные последовательности. Обычная электроника подготавливала данные и анализировала результат.

Для проверки использовали 240 записей японских гласных, произнесённых восемью мужчинами. Звук преобразовали в импульсы и передали органоиду, после чего программа по его ответам определяла говорящего. Через два дня точность достигла примерно 78 процентов.

Brainoware не понимал речь и не распознавал содержание фраз — он различал голоса по небольшому набору однотипных записей. Система также участвовала в прогнозировании нелинейного математического процесса. Так органоид показал себя адаптивным элементом схемы, который всё равно нуждается в цифровых входных и выходных компонентах.

Лаборатория, к которой подключаются через интернет

Работать с живой тканью сложнее, чем с микросхемой. Поэтому швейцарская FinalSpark создала Neuroplatform, позволяющую удалённо стимулировать органоиды и записывать их активность. В описанной в 2024 году версии четыре многоэлектродные матрицы несли по четыре органоида.

Питательная жидкость автоматически подавалась через микроканалы, а состояние культур контролировалось круглосуточно. Пользователь мог задать параметры стимуляции и получить запись импульсов, не находясь в лаборатории. За три года через платформу прошли более тысячи органоидов; лучшие образцы работали около ста дней.

Австралийская Cortical Labs превратила похожую идею в автономное устройство CL1. Человеческие нейроны растут на кремниевой основе, а встроенная система поддерживает температуру, циркуляцию жидкости и газовый состав. При запуске устройство оценили в 35 тысяч долларов, заявленный срок жизни культуры достигал шести месяцев. Появился и удалённый доступ.

В 2026 году компания показала, как сеть приблизительно из 200 тысяч человеческих нейронов участвует в управлении персонажем в Doom. Сама игра работала на обычном компьютере: программа переводила происходящее в электрические стимулы и расшифровывала ответы клеток. Doom не запустили «на мозге» — биологическую сеть включили в контур управления более сложной средой.

Зачем выращивать вычислительную ткань

Главное достоинство нейронов не в скорости арифметики. Обычный процессор гораздо точнее выполняет миллиарды одинаковых операций. Живая сеть интересна пластичностью: связи между клетками меняются под воздействием сигналов, и система приспосабливается без прямого переписывания каждой связи человеком.

Привлекает и потенциальная энергоэффективность. Человеческий мозг с десятками миллиардов нейронов потребляет около 20 ватт. Однако небольшой культуре нужны насосы, нагреватели, фильтры, датчики и обычные компьютеры. Доказательств того, что вся биогибридная установка уже экономичнее традиционной, пока нет.

Ближайшие практические применения связаны не с заменой ноутбуков, а с медициной. Клетки конкретного донора можно использовать для исследования заболеваний и реакции на лекарства. Интерактивная система показывает не только выживаемость нейронов, но и изменение их способности обрабатывать сигналы.

Почему живые нейроны не заменят кремниевые чипы

Каждая культура уникальна. Две сети, выращенные по одному протоколу, могут по-разному реагировать на стимуляцию. В цифровой электронике одинаковые компоненты предсказуемо работают годами, тогда как состояние живой ткани меняется ежедневно.

Ограничена и передача информации. Исследователи видят лишь часть происходящих в культуре процессов и воздействуют только на доступные электродам участки. Чем крупнее органоид, тем труднее снабжать его внутренние клетки кислородом: без кровеносных сосудов центральные области могут погибать.

Обученную культуру нельзя скопировать в файл или заменить новой без потери сформировавшихся связей. Нет и языка программирования, назначающего клеткам точные команды. Программируется цифровая оболочка, а реакцию сети формируют стимулами и обратной связью.

Современные биокомпьютеры правильнее считать экспериментальными нейроинтерфейсами. Они помогают изучать нервную ткань, но по надёжности и масштабируемости несопоставимы с обычными вычислительными системами.

Где возникает этическая граница

Сегодняшние культуры и органоиды не обладают строением полноценного мозга. У них нет органов чувств, тела, нормального кровоснабжения и множества специализированных отделов. Свидетельств наличия у них сознания или способности страдать не существует.

Этические вопросы всё равно возникают уже сейчас: согласие доноров, допустимые эксперименты и правила обращения с человеческой тканью. Если будущие органоиды станут сложнее и получат постоянные каналы взаимодействия со средой, потребуется оценивать не только электрическую активность, но и возможные признаки более сложных состояний.

Биокомпьютер пока не является живым аналогом ПК. Это лабораторная система, где клетки служат изменчивым элементом между входным сигналом и цифровым результатом. Но путь от 25 тысяч крысиных нейронов в авиасимуляторе до коммерческой установки с человеческими клетками занял немногим более двадцати лет. «Мокрые вычисления» стали направлением, где информатика должна учитывать не только код и электричество, но также питание, рост, старение и смерть вычислительного материала.