Jestli vás ve Star Treku fascinovali Borgové a propojení živých organismů se stroji, singapurská novinka působí jako výjev z podobné budoucnosti. V prostorách lékařské fakulty NUS stojí vysoká skříň, která vypadá jako běžné vybavení serverovny. V jejích modulech však žijí lidské neurony vypěstované z kmenových buněk a napojené na elektroniku. Ta s nimi komunikuje přesně načasovanými elektrickými impulzy.
CL1 stojí na neustálé výměně informací mezi dvěma odlišnými světy. Software napsaný v Pythonu převádí stav digitálního prostředí na elektrické podněty, posílá je neuronům a čte jejich odpověď. Živá síť se tak stává adaptivní částí výpočetní smyčky, zatímco elektronika udržuje přesné načasování celého experimentu.
Dvacet živých sítí v jednom racku
Prototyp společně připravily lékařská fakulta NUS, provozovatel datových center DayOne a australská společnost Cortical Labs. Při neveřejné ukázce 6. srpna 2026 mohli hosté sledovat jednotky CL1, jejich propojení s mikroelektrodovými poli i aktivitu neuronových sítí v reálném čase. NUS Medicine sestavu označuje za první nezávisle provozovaný serverový rack s biologicky integrovaným výpočtem.
Každý CL1 je současně počítačem i malou laboratoří. Neuronová kultura, tedy vrstva neuronů pěstovaných mimo tělo v živném roztoku, potřebuje stabilní teplotu, přísun živin a odvod odpadních látek. Zařízení proto vedle elektrod a řídicí elektroniky obsahuje vlastní systém životní podpory. Výrobce uvádí, že dokáže neurony udržet při životě až šest měsíců. Přímo v CL1 lze také spouštět software pro jednotlivé experimenty a ukládat naměřenou elektrickou aktivitu.
Neurony rostou na povrchu křemíkového čipu a vytvářejí propojenou síť nad soustavou elektrod. Čip systému vysílá do této sítě elektrické impulzy a současně zachytává její aktivitu. Rack ukazuje, že lze 20 takových biologických uzlů provozovat společně v uspořádání známém z datových center.
Kultura neuronů po 40 dnech kultivace
Elektrody překládají data do jazyka neuronů
U jednoduché úlohy, například pohybu virtuálního objektu, software převede jeho polohu na vzor elektrických stimulů a odešle jej do vybraných elektrod. Neurony zareagují krátkými elektrickými impulzy, takzvanými spiky. Elektrody tyto drobné změny napětí zachytí a software z nich odvodí například směr pohybu. Podle této odpovědi upraví virtuální prostředí a jeho nový stav opět odešle neuronům.
Systém tuto výměnu opakuje v uzavřené zpětnovazební smyčce: elektrický podnět vyvolá aktivitu neuronů, software z ní vytvoří výstup a připraví další podnět. Spojení mezi neurony se mohou při opakované aktivitě měnit, takže odpověď sítě ovlivňují také předchozí podněty. Právě tato plasticita umožňuje živé síti fungovat jako adaptivní výpočetní médium.
Programátor k systému přistupuje pomocí rozhraní CL API v Pythonu. Může nastavit stimulaci, zaznamenávat jednotlivé neuronové impulzy i průběh napětí naměřeného elektrodami a reagovat na aktivitu v reálném čase. Řídicí smyčka může běžet s frekvencí až 25 kHz, tedy až 25 000 softwarových iterací za sekundu.
National University of Singapore (NUS)
Pong dal neuronům srozumitelný svět
Význam zpětné vazby ukázal předchůdce CL1 s názvem DishBrain. Ve studii v Neuron z roku 2022 vědci propojili kultury lidských nebo myších neuronů s jednoduchou simulací hry Pong. Poloha míčku byla zakódovaná do elektrických podnětů a aktivita vybraných oblastí kultury ovládala virtuální pálku.
Herní stav přicházel k neuronům v podobě elektrických impulzů. Simulace tak fungovala jako malé, přesně kontrolované prostředí, ve kterém měla aktivita sítě měřitelný následek. Autoři během pěti minut hraní pozorovali známky učení a v dalších pokusech ukázali, že důležitou roli hrála strukturovaná zpětná vazba.
Právě tady biologické počítání získává nejzajímavější rozměr. Klasický software určuje způsob komunikace a pravidla prostředí, zatímco živá síť během interakce přizpůsobuje svou aktivitu. Odpověď takového systému závisí na aktuálním stavu velkého množství propojených buněk a může se s další zkušeností měnit.
Biologie je výpočetním médiem i předmětem zkoumání
Konkrétní využití se nabízí v neurovědě a farmacii. Výzkumníci mohou opakovaně stimulovat skutečné lidské neurony, sledovat jejich odezvu a měnit podmínky experimentu běžným kódem. NUS zmiňuje zejména výzkum učení a adaptace, hledání nových léčiv a výzkum neurologických onemocnění.
Biologická proměnlivost je v takovém nasazení sama zdrojem informací. Programovatelná smyčka umožňuje klást kultuře opakovaně stejnou „otázku“ v podobě sady podnětů a porovnávat její elektrickou odpověď v čase.
Borgská královna: když živé tělo splyne se strojem
Singapurský prototyp posouvá biologické počítání z jedné laboratorní aparatury do výzkumné infrastruktury s 20 samostatně ovladatelnými uzly. Křemíková elektronika hlídá přesné časování a zaznamenává data, software vytváří digitální prostředí a živé neurony do celé sestavy přidávají schopnost měnit se zkušeností.
Motiv známý ze Star Treku tím získává překvapivě konkrétní podobu: vysoký rack plný kabelů, čipů, mikroelektrod, živného roztoku a lidských neuronů. Software napsaný v Pythonu udržuje se živou sítí nepřetržitou elektrickou komunikaci. Celek tak tvoří neobvyklý stroj, v němž se digitální data setkávají s biologií a jedna část výpočetní smyčky se může měnit s další zkušeností.
zdroje: NIH, Cortisal Labs, NUS
ČLÁNKY DO MAILU
