Was? ! Kommt eine „starke künstliche Intelligenz“, die GPT4 besiegen kann?

Die kürzlich von OpenAI veröffentlichten großen Sprachmodelle ChatGPT und GPT-4 haben in der nationalen Diskussion über künstliche Intelligenz beinahe ein Pulverfass entfacht. Ich glaube, dass die Momente vieler Leute mit Nachrichten überflutet wurden, die „GPT“ enthielten.

Auch mein Freundeskreis ist in zwei Lager gespalten. Die Radikalen glauben, dass die Singularität hin zu einer starken künstlichen Intelligenz erreicht ist. Nach einem weiteren Anstieg des Datenvolumens und der Rechenleistung in der Zukunft wird es möglich sein, die große Mehrheit der Textarbeiter zu ersetzen, und dann droht allen nicht-kreativen Berufen die Arbeitslosigkeit. Die Konservativen glauben, dass es sich lediglich um ein Spitzenproduktivitätstool handelt, das jedoch die angeborenen menschlichen Fähigkeiten wie Bewusstsein, Emotionen und Kreativität nicht beherrschen kann und es schwierig ist, eine starke künstliche Intelligenz zu entwickeln.

Ich bin ein fauler Mensch, also habe ich beschlossen, ChatGPT direkt zu fragen. Hier ist die Antwort:

Bildquelle: Screenshot von ChatGPT

Es ist noch immer nicht klar, ob eine starke künstliche Intelligenz erreicht werden kann, aber es besteht kein Zweifel daran, dass das menschliche Gehirn immer noch das intelligenteste und komplexeste System auf dem gesamten Planeten ist.

Manche Leute fragen sich vielleicht: Warum verwenden wir nicht direkt biologische Neuronen als Grundeinheiten des Netzwerks und replizieren ein intelligentes System, das dem menschlichen Gehirn ähnelt, von Grund auf? Könnte dies eine Abkürzung zur Erlangung einer starken künstlichen Intelligenz sein? Gute Frage, willkommen zum Thema dieses Artikels – „ Organoide Intelligenz (OI)“.

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Kohlenstoffbasierte und siliziumbasierte Technologien arbeiten Seite an Seite

Ich möchte Sie nur fragen, ob Sie Angst haben!

Der Begriff „organoide Intelligenz“ ist ein neues Konzept, das am 28. Februar dieses Jahres von Thomas Hartungs Team an der Johns Hopkins University vorgeschlagen wurde.

Einfach ausgedrückt sind Organoide Stammzellen, die in einer dreidimensionalen Umgebung in vitro zu Gewebeanaloga mit bestimmten Strukturen und Funktionen kultiviert werden . Derzeit ist es gelungen, eine Vielzahl von Organgeweben zu konstruieren, darunter Dünndarm, Magen, Dickdarm, Blase, Leber, Herz, Bauchspeicheldrüse, Nieren und Gehirn.

Wenn in naher Zukunft ein Problem mit einem Teil Ihres Körpers auftritt, können Sie diesen möglicherweise mithilfe von Organoiden reparieren oder ersetzen. Beispielsweise können Sie sich einen Leberersatz (Bushi) besorgen, wenn Ihre Leber durch nächtliche Arbeit geschädigt ist.

Bei organoider Intelligenz handelt es sich um die Verwendung von in vitro kultiviertem Gehirnorgangewebe als biologische Hardware, die mit externen elektronischen Geräten verbunden wird, um biologisches Rechnen zu ermöglichen . Das Gehirn, das wir künstlich konstruieren, ist die CPU + GPU des gesamten Computers. Ist das nicht Science-Fiction?

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Tatsächlich haben viele Studien die Machbarkeit dieses Weges bewiesen. Nehmen wir zum Beispiel die jüngsten Nachrichten: Andrew Dous Team an der University of Illinois in Urbana-Champaign hat über 80.000 Neuronen kultiviert, die durch die Neuprogrammierung von Mausstammzellen gewonnen wurden, und sie zwischen Glasfasern und Elektrodengittern platziert, um zehn verschiedene Arten von elektrischen Impulsen und Lichtsignalstimulationen zu empfangen. Diese Komponenten werden in eine Box mit konstanter Temperatur gelegt, um die Aktivität der Neuronen aufrechtzuerhalten.

Nach einer Stunde Training stellten die Forscher fest, dass diese Gruppe von Neuronen jedes Mal, wenn sie das gleiche Stimulationsmuster erhielten, die gleichen Signale aussendete. Die Forscher nutzten den F1-Score auch, um die Effizienz der Mustererkennung des neuronalen Netzwerks zu quantifizieren. Einfach ausgedrückt: 0 ist das Schlechteste und 1 das Beste. Schließlich wurde der F1-Score des mit dem lebenden neuronalen Netzwerk erstellten Computers mit 0,98 gemessen, was als ziemlich intelligent angesehen werden kann.

Zusätzlich zu den Aufgaben zur Musterklassifizierung verbanden die Forscher das „Gehirn in einer Box“ auch mit einem Roboter aus lebendem Muskelgewebe, wodurch das Gehirn über die Muskeln Veränderungen in der Umgebung wahrnehmen und diese Informationen verarbeiten konnte.

Durch die Kombination von lebenden Zellen und Reservoir-Computing-Technologie können Neuronen und Chips bzw. intelligente Einheiten auf Kohlenstoff- und Siliziumbasis zusammenarbeiten, um Aufgaben der Signalerkennung und -verarbeitung zu erledigen. Dies ist die ursprüngliche Form der Integration von kohlenstoff- und siliziumbasierter biologischer Intelligenz, auch wenn sie derzeit eher hässlich aussieht.

Ein organoider intelligenter Roboter mit biologischen Neuronen in der Mitte. Bildquelle: Referenz [3]

Auch wenn man noch weiter zurückgeht, gibt es einige umwerfende Studien.

So nutzte beispielsweise das australische Biotech-Startup Cortical Labs im vergangenen Dezember ein aus menschlichen Gehirnzellen gezüchtetes „Dish Brain“, um Tischtennisspielen zu lernen.

Das Forschungsteam integrierte aus menschlichen Stammzellen induzierte und differenzierte menschliche Neuronen mit hochdichten Multielektrodenarrays und Computern, sodass die elektrischen Signale beim „Ping-Pong“-Spiel an das Mikroelektrodenarray übertragen wurden, das den Neuronen wiederum den Standort des „Ping-Pong-Balls“ mitteilte. Nachdem die Neuronen durch den Austausch elektrischer Signale untereinander einen Konsens erzielt hatten, steuerten sie die Bewegung des „Schlägers“ und schlugen den „Ping-Pong-Ball“ zurück.

Wie durch ein Wunder lernte diese Gruppe von „Gehirnen auf einer Schale“ das Spiel in nur 5 Minuten, während ein künstliches neuronales Netzwerk ähnlicher Größe etwa 90 Minuten brauchen könnte, um es zu lernen.

Obwohl der Erstautor des Artikels darauf besteht, dass das „Gehirn in der Schale“ bereits in das Spielgeschehen eingegriffen hat, bleibt die Frage, ob organoide Intelligenz wie der Mensch „autonom und bewusst“ externe Informationen aufnehmen, unterscheiden und darauf reagieren kann, eine Frage, deren Beantwortung es sich zu widmen lohnt.

Ein „Gehirn auf einem Teller“, das Tischtennis spielen kann. Bildquelle: Referenz [4]

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Organoide Intelligenztechnologie durch Zufall entdeckt

Die Gehirn-Organoid-Technologie war ursprünglich nicht dazu gedacht, „organoide Intelligenz“ zu erreichen. Seit dem Durchbruch in der entsprechenden Forschung im Jahr 2019 konzentrierte sich die Arbeit hauptsächlich auf die Untersuchung der Gehirnentwicklung und von Gehirnerkrankungen oder auf die Reparatur fehlender Gehirnteile.

So zeigte beispielsweise ein im vergangenen Oktober in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlichter Artikel, dass Wissenschaftler erstmals menschliche Gehirnneuronen in Rattengehirne transplantierten und Verbindungen bildeten, wodurch sie das Verhalten der Ratten steuerten.

Vier Monate später zeigte eine im Fachjournal „Cell“ veröffentlichte Studie, dass menschliche gehirnähnliche Organe nach der Implantation in das Gehirn von Ratten nicht nur wirksame Verbindungen herstellten, sondern auch auf visuelle Reize reagierten , was darauf hindeutet, dass sie in das Gehirn integriert worden waren und funktionierten. Dieses Ergebnis kann als therapeutische Strategie zur Wiederherstellung der kortikalen Funktion verwendet werden.

Es gibt jedoch immer einige kreative Wissenschaftler, die gerne auffällige technologische Netzwerke bauen, wie beispielsweise diese organoide intelligente Technologie.

Natürlich steckt diese Technologie noch in den Kinderschuhen. Wird sie, während sie allmählich reifer wird und mit der aktuellen, auf Deep Learning basierenden künstlichen Intelligenztechnologie verglichen wird, zu einem Luftschloss, mit dem man im Bereich der wissenschaftlichen Forschung immer „in der Zukunft rechnen muss“, oder wird sie eine Vorreiterrolle in einer neuen Welle gehirnähnlicher Intelligenz einnehmen und sich direkt in Richtung starker künstlicher Intelligenz bewegen? Warten wir es ab.

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Als Netzwerk aus biologischen Intelligenzeinheiten, den Neuronen, konzentrieren sich die Vorteile der organoiden Intelligenz auf folgende Aspekte:

1. Niedriger Energieverbrauch

Das Gehirn einer Zebrafischlarve im Wasser, die erfolgreich Beute fängt und den Augen ihrer natürlichen Feinde entkommt, verbraucht lediglich 1 Mikrowatt Strom. Das Gehirn eines erwachsenen Menschen verbraucht lediglich 20 Watt Leistung . Derzeit liegt der Stromverbrauch von Serverclustern, die auf Deep Learning basieren, normalerweise bei etwa 1 Million Watt. Der Supercomputer Frontier mit der stärksten Rechenleistung verbraucht fast 21 Megawatt, was nicht sehr umweltfreundlich klingt.

2. Lernen mit wenigen Beispielen

Organismen sind oft in der Lage, mit relativ wenigen Beobachtungsaktivitäten zu lernen. Menschen können eine einfache Aufgabe wie „Objekttyp ist gleich oder unterschiedlich“ mit etwa 10 Trainingsbeispielen erledigen , und Insekten wie Bienen benötigen zum Lernen nur 100 Trainingsbeispiele. Allerdings führt diese Menge an Trainingsdaten in tiefen neuronalen Netzwerken oft nicht zu guten Klassifizierungsergebnissen.

Das AlphaGo-System erhielt Trainingsdaten aus 160.000 Go-Spielen. Ein Spieler, der täglich fünf Stunden trainiert, müsste 175 Jahre lang bei jedem Wetter Go spielen, um so viele Spiele zu absolvieren. Dies zeigt, dass das Gehirn bei Lernaktivitäten ohne zu viele Daten eine hohe Trainingseffizienz erreichen kann und dass seine Speicherkapazität erstaunlich ist (etwa 2.500 Megabyte).

3. Bieten Sie eine hervorragende Gehirn-Computer-Schnittstelle

Die vom Computer oder der Elektrode ausgegebenen elektrischen Signale werden an das organoide Hirngewebe übertragen, und die in das menschliche Gehirn implantierten Organoide können vollständig in das Hirngewebe integriert werden, um ihre Funktionen zu erfüllen. Diese Schnittstelle verfügt über gute physiologische Eigenschaften und kann die Schäden, die die Schnittstelle für das Gehirn verursacht, nahezu minimieren. Gleichzeitig kann es maschinelle und natürliche Intelligenz integrieren, um eine neue Form der Intelligenz zu erreichen.

Natürlich ist auch die Verbindung von Elektroden mit kleinen und dreidimensionalen Organoiden ein Problem, das berücksichtigt werden muss, wofür hochwertige 3D-Elektroden als Unterstützung erforderlich sind. Wenn wir in Zukunft humanoide Roboter bauen wollen, ist es aus physiologischer Sicht praktischer, Neuronen zu verwenden, die mit simuliertem Muskelgewebe verbunden sind.

Organoidbasierte intelligente Architekturen für Biocomputing. Bildquelle: Referenz [2]

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Grausam oder fortschrittlich, das ist hier die Frage

Das 21. Jahrhundert ist nicht nur das Jahrhundert der Biotechnologie, sondern auch das Jahrhundert der Informationstechnologie und das Jahrhundert der interdisziplinären Wissenschaft.

Derzeit nutzen mehrere Forschungsteams Technologien zur Genomeditierung und Optogenetik, um neuronale Netzwerke mit spezifischen Funktionen zu konstruieren, und verwenden Nanotechnologie und Bioprinting-Technologie, um komplexere organoide Strukturen zu bauen. Es ist zu erwarten, dass das künftig kultivierte Hirngewebe eine feinere Struktur und spezifischere Funktionen aufweisen wird.

Die ursprüngliche Absicht der „organoiden Intelligenz“ besteht darin, die Vorteile der biologischen Informatik – die schneller, effizienter und energiesparender ist – zu nutzen, um einen lebenden Computer zu bauen, der bei komplexeren Aufgaben eine bessere Leistung als herkömmliche Computer auf Siliziumbasis erzielen kann. Darüber hinaus kann es über elektrische Impulssignale Anweisungen an Computerchips senden oder von diesen empfangen, koordiniertes Computing von kohlenstoff- und siliziumbasierten neuronalen Netzwerken realisieren und die relativen Vorteile beider Technologien integrieren, um ein intelligenteres Computersystem zu schaffen.

Die aktuellen Herausforderungen der organoiden Intelligenz lassen sich jedoch in zwei Hauptbereiche unterteilen: Ethik und Technologie.

Zunächst ist da die ethische Frage.

Nach 10 Wochen Kultur zeigen die Organoide Merkmale eines 20 Wochen alten Fötus, wie etwa Myelinisierung, und die Stimulation mit Informationsinput beeinflusst die Entwicklung der Organoide und macht sie strukturell komplexer. Wird es ein Bewusstsein haben, wenn es Eingaben akzeptiert, Ausgaben erzeugt, mit der Umgebung interagiert und primitive Erinnerungen etabliert? Ob die elektrischen Signalstimulationseingaben aus der Außenwelt in diesen Gehirnen „Schmerzen“ verursachen, ist eine Frage, der ethische Organisationen große Aufmerksamkeit schenken.

Die notwendigen und ausreichenden physiologischen Bedingungen für die Entstehung von Bewusstsein zu finden, ist eines der schwierigsten Probleme der Neurowissenschaft . Derzeit wird daran gearbeitet, die neuronalen Grundlagen des Bewusstseins aufzudecken, was gute Referenzvorschläge für ethische Regelungen zu Organoiden liefern wird. Die organoide Intelligenz selbst zielt nicht darauf ab, das menschliche Bewusstsein zu rekonstruieren, sondern eine funktionale Grundlage für biologisches Lernen, Kognition und Computertechnik zu schaffen.

Wenn die Realisierung einer starken künstlichen Intelligenz eine große Anzahl von Neuronen als Grundlage erfordert, worin unterscheidet sich diese Intelligenz dann von unserer menschlichen Intelligenz? Um es auf die Spitze zu treiben, könnten wir einfach das embryonale Neuralrohr abschneiden, das noch kein autonomes Bewusstsein entwickelt hat (dieser Teil wird in Zukunft das menschliche Gehirn bilden), und es dann in einen Inkubator legen, um es zu einem Netzwerksystem mit 86 Milliarden Knoten zu züchten und es mit Computerchips oder Servern zu verbinden, damit es verschiedene Aufgaben bewältigen kann. Ist diese Realisierung einer starken künstlichen Intelligenz menschlich?

Der Autor ist der Ansicht, dass diese Technologie, selbst wenn sie erfolgreich entwickelt wird, aufgrund recht komplexer ethischer Probleme durch Gesetze und Vorschriften verboten sein wird, genau wie die Klontechnologie und die Technologie zur Genombearbeitung beim Menschen.

Die starke künstliche Intelligenz im Anime „Psycho-Pass“ – das Sibyl-System. Bildquelle: Anime „Psycho-Pass“

Das zweite sind technische Probleme.

Das einzelne gehirnähnliche Organ, das oben von Thomas Hardons Team verwendet wurde, enthielt ungefähr 50.000 Neuronen, während Andrews Team 80.000 verwendete. Obwohl es klein ist, verfügt es über alle notwendigen Organe. Die derzeit kultivierten gehirnähnlichen Organe können die Organisationsstruktur und Funktion des Gehirns reproduzieren, mit mit Myelin bedeckten Axonen, spontanen elektrophysiologischen Aktivitäten, komplexen Schwingungsverhalten, hoher Zelldichte und geschichteten Mustern und sogar mehreren Zelltypen wie Oligodendrozyten, Mikroglia und Astrozyten.

Die Frage ist jedoch: Wie kann man diese Organoide zum Lernen bringen und ihre Rechenleistung nutzen? Und wie viele Neuronen sind maximal erforderlich, um eine hohe Intelligenz zu demonstrieren? Im nächsten Schritt werden die Forscher die Kulturskala auf Basis des bestehenden Differenzierungsschemas erweitern und einen lebenden Computer aus 10 Millionen Nervenzellen bauen. Was den Grad der Intelligenz angeht, den es zeigen wird, müssen wir abwarten.

Gleichzeitig muss darüber nachgedacht werden, wie die Verbindungen zwischen Neuronen angepasst werden können, damit diese ihre Funktionen besser erfüllen können. Obwohl Gehirn-Organoide die räumlich-zeitlichen Charakteristika molekularer Merkmale realisieren können, können sie nicht die topologische Struktur menschlicher Gehirnregionen und die Komplexität und Spezifität neuronaler Schaltkreise widerspiegeln, die die Grundlage für die Realisierung fortgeschrittener Gehirnfunktionen bilden könnten. Die Frage, wie man eine große Zahl ungeordneter neuronaler Verbindungen rational verdrahtet und mithilfe molekularer Signale die Entstehung verwandter Funktionsschaltkreise herbeiführt, ist ebenfalls ein Problem, das bei der zukünftigen Herstellung spezifischer funktionsorientierter biologischer neuronaler Netzwerke berücksichtigt werden muss.

Darüber hinaus ist es immer noch unmöglich, den Signaleingang und -ausgang menschlicher Gehirnorganoide effizient und vollständig aufzuzeichnen. Forscher arbeiten an der Entwicklung von 3D-Gehirn-Computer-Schnittstellen und entsprechenden Sonden speziell für Gehirn-Organoide, wie etwa 3D-Mikroelektrodenarrays (MEA), Neuropixel-Siliziumsonden usw., um ein präzises Andocken an externe Informationsports zu erreichen. Die Weiterentwicklung dieser Technologien kann dieses Problem bis zu einem gewissen Grad lösen.

Obwohl die derzeitige künstliche Intelligenz weit weniger umfassend und effizient ist als die Lernfähigkeit des menschlichen Gehirns und nur bei Aufgaben gute Leistungen erbringt, die einem umfangreichen Vortraining unterzogen wurden, ist es bei organoider Intelligenz immer noch schwierig, das einfachste Gehirn zu replizieren. Wenn es die auf Silizium basierende Biologie unter Führung der GPT-Reihe „besiegen“ will, ist es wahrscheinlich noch ein langer Weg. Insbesondere die ethischen Herausforderungen sind umso größer, je mehr biologische Neuronen verwendet werden. Am Ende der Erforschung der Intelligenz werden höchstwahrscheinlich kohlenstoffbasierte und siliziumbasierte Intelligenz zusammenkommen.

Ein Fahrplan zur Erlangung organoider Intelligenz. Bildquelle: Referenz [2]

Bevor wir eine starke künstliche Intelligenz realisieren, sollten wir uns noch einmal fragen: Warum wollen wir eine starke künstliche Intelligenz realisieren?

Wenn wir nur ein gehorsames und einfach zu verwendendes Tool benötigen, müssen wir lediglich ein intelligentes neuronales Netzwerk trainieren, das bestimmte Aufgaben gut bewältigen kann. Bewusstsein, Emotionen und Kreativität sind allesamt instabile Faktoren. Sie sind für Low-Tech- und stark repetitive Arbeiten nicht erforderlich und führen außerdem zu einem Anstieg der Kosten für das Sozialmanagement.

Auf diese Weise könnten Modelle wie ChatGPT das ideale intelligente System für den Menschen sein. Ich hoffe, dass Sie als Leser dieses Artikels dieses Tool gut nutzen und Ihre Produktivität in der neuen Welle der künstlichen Intelligenz maximieren können.

Menschen und Androiden. Bildquelle: Spiel „Detroit: Become Human“

Quellen:

[1] Smirnova L., Caffo BS, Gracias DH, et al. Organoide Intelligenz (OI): die neue Grenze im Biocomputing und der Intelligenz in einer Petrischale. Front Sci 1:1017235. 2023. doi: 10.3389/fsci.2023.1017235

[2] Morales PIE, Smirnova L., Muotri AR, et al. Erster Organoid Intelligence (OI)-Workshop zur Bildung einer OI-Community. Front. Künstlich. Intell. 6:1116870. 2023. doi: 10.3389/frai.2023.1116870

[3] Andrew D. 80.000 Gehirnzellen von Mäusen wurden zum Bau eines lebenden Computers verwendet. NewScientist Physik. 2023. Von: https://www.newscientist.com/article/2363095-80000-mouse-brain-cells-used-to-build-a-living-computer/

[4] Brett JK, Andy CK, Nhi TT et al. In vitro lernen Neuronen und zeigen Empfindungsvermögen, wenn sie in eine simulierte Spielwelt eingebettet werden. Neuron 110, 2022. doi: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.09.001

[5] Paola Arlotta et al. Einzelne Gehirn-Organoide bilden reproduzierbar die Zellvielfalt der menschlichen Großhirnrinde ab, Nature. 2019. doi: 10.1038/s41586-019-1289-x

[6] Pașca, SP, Arlotta, P., Bateup, HS et al. Ein Nomenklaturkonsens für Organoide und Assembloide des Nervensystems. Nature 609, 907–910, 2022. doi: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05219-6

[7] Dennis Jgamadze rt al. Strukturelle und funktionelle Integration menschlicher Vorderhirn-Organoide mit dem Sehsystem verletzter erwachsener Ratten. Zellstammzelle. 2023. doi: 10.1016/j.stem.2023.01.004.

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Qian Yu (Zentrum für Exzellenz in Gehirnforschung und Intelligenztechnologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo