ヒトの脳細胞にゲームのプレイ方法を学ばせる実験に成功

ヒトとマウスから採取した脳細胞をコンピューティングデバイスに融合させることで生物学的知性を持ったマシンを開発することを目指しているCortical Labsとモナッシュ大学、メルボルン大学、ユニバーシティカレッジロンドンといった複数の大学の研究者からなるチームが、幹細胞由来のヒト細胞と胚細胞由来のマウス細胞80万個から作られた生物学的ニューラルネットワーク(BNN)に、1972年にリリースされたアーケードゲームの「ポン」をプレイさせるという実験を行いました。研究成果は査読付き学術誌のNeuronに掲載されています。

In vitro neurons learn and exhibit sentience when embodied in a simulated game-world: Neuron
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(22)00806-6

Scientists Taught Brain Cells in a Dish to Play Video Games and It's Pretty Wild
https://www.vice.com/en/article/pkgm8g/scientists-taught-brain-cells-in-a-dish-to-play-video-games-and-its-pretty-wild

Scientists teach brain cells to play video game Pong | Neuroscience | The Guardian
https://www.theguardian.com/australia-news/2022/oct/13/scientists-teach-brain-cells-to-play-virtual-pong

研究チームは細胞の活動を感知し、細胞を刺激することができるマルチ電極アレイを搭載した「DishBrain」を使い、ポンで操作する「パドル」がボールを打ち返すことができたか否かに関するフィードバックをBNNに与えました。DishBrainを使ったフィードバックがスタートしてから5分以内に、細胞はポンをプレイする方法を学習し始めたそうです。

学習時間が長くなれば長くなるほど、細胞はより長いラリーを行うことが可能になったとのこと。加えて、ヒト由来の細胞はマウス由来の細胞よりも長くポンのラリーをできるようになりました。実際に細胞がポンをプレイする様子は、以下の動画でチェックできます。

Watch brain cells in a dish learn to play Pong in real time [1/2] - YouTube


研究の筆頭著者であり、バイオテクノロジーの新興企業であるCortical Labsの最高科学責任者でもあるブレット・ケイガン博士は、「シンプルさと親しみやすさからだけでなく、機械学習で使用された最初のゲームのひとつでもあったためポンを選びました」と語っています。

研究チームはポン以外にも486種類ものゲームを細胞にプレイさせており、さまざまな刺激に対する「反応」あるいは「反応の欠如」を分析。例えば、一部のゲームでは細胞に「情報を与える」あるいは「情報を削除する」ことでフィードバックを行っています。研究チームはフィードバックなしでもゲームプレイをトレーニングしていますが、この場合は細胞が「自分の行動が環境にどのように影響したか」を学習することができなかったそうです。

なお、研究チームは酔っぱらったり薬を投与したりした時に、細胞がどのように機能するかを検証予定で、DishBrainを使うことで、てんかんや認知症などの病気についてより詳細に分析することを検討しているそうです。

ケイガン博士は今回の論文でフィードバックに基づきニューロンが行動を変えることを示すことができたことで、「知性に似た何か」を示すことができたと述べています。

ケイガン博士は「これはニューロンとは何かを考える新しい方法となります」「ニューロンはコンピューターというわけではありませんが、情報を処理し、信じられないほどの速度、低消費電力、柔軟性でインテリジェントに応答できる小さな生物学的デバイスであることを示せたと思います」と述べました。