배양한 인간의 뇌조직을 사용하여 컴퓨터를 구축하는데 성공

 
 
인간의 줄기세포를 바탕으로 만들어진 '뇌 오르가노이드(미니뇌)'를 전자칩에 연결한 '브레이노웨어(Brainoware)'라는 셋업으로 간단한 계산 작업을 수행하는 데 성공했다고, 인디애나 대학 블루밍턴교 엔지니어인 펭 구오(Feng Guo)씨의 연구팀에 의해 보고되었습니다.

Brain organoid reservoir computing for artificial intelligence | Nature Electronics
https://www.nature.com/articles/s41928-023-01069-w

Scientists Built a Functional Computer With Human Brain Tissue : ScienceAlert

Human Brain Cells on a Chip Can Recognize Speech And Do Simple Math

인간의 뇌에는 약 860억 개의 뉴런과 몇 조 개의 시냅스가 존재한다고 합니다. 각각의 뉴런은 최대 10,000개의 다른 뉴런에 연결되어 있으며 서로 통신합니다. 최근에는 과학자 및 엔지니어가 이러한 뇌 구조에 착상을 얻어 하드웨어 및 알고리즘의 설계에 임하고 있으며, 첨단 생물학적 시스템에 기반한 컴퓨터 구축을 시도하고 있습니다.

구오 씨 등의 연구팀은 실험실에서 배양한 뇌 오르가노이드에 '리저버 컴퓨팅'이라는 인공 신경망의 일종을 이용한 전극을 연결, 전극을 통해 보내진 전기신호 정보를 뇌 오가노이드에 보내고, 뇌 오가노이드가 그 정보를 처리, 신경활동 데이터 형태로 계산결과를 출력합니다. 연구팀은 이 일련의 시스템을 "브레이노웨어(Brainoware)"라고 명명했습니다.

연구팀이 구축한 브레이노웨어에 전기 신호를 주면, 브레이노웨어는 그 신호에 반응하여 신경활동 데이터를 출력합니다.

연구팀은 "이번 실험 결과는 브레이노웨어가 실제로 정보를 처리하고, 인간에 의한 감시 없이도 계산 작업을 수행할 수 있다는 가능성을 보여준 것"이라고 주장.

다음은 브레이노웨어에 사용된 뇌 오가노이드 중 하나와 스캔된 신경 활동의 예시입니다.

연구팀은 또한 브레이노웨어의 유용성을 보여주기 위해 8명의 피험자에게 일본어 모음을 발음하여 녹음한 음성 클립 240개를 사용하여 브레이노웨어가 특정한 1명의 목소리를 확인할 수 있는지 테스트했습니다. 전기 신호로 변환되어 보내져 온 음성 클립의 처리를 실시한 브레이노웨어는 신호를 출력하고, AI를 사용하여 출력된 신호를 분석한 결과, 불과 2일간의 훈련이었음에도 불구하고, 브레이노웨어는 약 78%의 정확도로 화자를 식별하는 데 성공했습니다. 한편, 구오 씨는 AI로 동작하는 순수한 하드웨어 컴퓨터보다는 정확도가 떨어졌다고 지적했습니다.

그럼에도 구오 씨는, "이번 실험 결과는 뇌 오르가노이드를 컴퓨팅에 사용하는 최초의 데모입니다. 미래의 바이오컴퓨팅에서 뇌 오가노이드의 가능성을 확인할 수 있었습니다"라고 말하고 있습니다.