กายกรรมสมองจิ๋ว
วิทย์คิดไม่ถึง
เรื่อง : ดร. นำชัย ชีววิวรรธน์ [email protected]
ภาพประกอบ : นายดอกมา
หากนักวิทยาศาสตร์ “เพาะเลี้ยง” สมองขนาดจิ๋วได้ คุณคงไม่คิดว่าตัวเลือกแรก ๆ คือการเอาสมองเหล่านี้ไปตีปิงปองหรือเล่นกายกรรมพิสดารบนโลกเสมือนแน่ แต่ถ้าผู้คนสติเฟื่องทำแบบนั้นก็ต้องมีเหตุผลสนุก ๆ อยู่เบื้องหลังแน่นอน
ก่อนจะดูตัวอย่างสนุก ๆ ว่านักวิทยาศาสตร์ศึกษาสมองจิ๋วที่จิ๋วมากกันอย่างไรบ้าง ขอปูพื้นเล็กน้อย
สมองของมนุษย์เป็นสิ่งสลับซับซ้อนที่สุดอย่างหนึ่งในจักรวาลทีเดียว การจะศึกษาหรือทดลองกับสมองโดยตรงบางทีก็ทำได้ยาก หรืออาจติดปัญหาจริยธรรมต่าง ๆ ก็เลยมีนักวิจัยที่พยายามคิดค้นหาวิธี “เลี้ยงเนื้อเยื่อสมอง” ที่เรียกว่า “ออร์แกนอยด์สมอง (brain organoid)” ในจานทดลองในห้องปฏิบัติการ ซึ่งก็ไม่ง่ายเลย
ปัจจุบันสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ทำได้คือเลี้ยงกระจุกเซลล์สมองเหล่านี้ได้เป็นก้อนเล็ก ๆ ขนาดประมาณเม็ดข้าวโพดหรืออย่างมากก็เท่ากับก้อนยางลบที่ติดอยู่ปลายดินสอเท่านั้น แต่แค่นั้นก็นำมาทดลองและทดสอบปฏิกิริยาต่าง ๆ รวมถึงทดลองยาได้มากมายหลายแบบแล้ว
สาเหตุที่เลี้ยงได้ขนาดแค่นี้ เพราะหากใหญ่กว่านี้ก็จะมีชั้นของเซลล์หลายชั้นจนชั้นใน ๆ ไม่สามารถรับออกซิเจนและอาหารได้โดยตรงก็จะตาย และนักวิทยาศาสตร์ก็ยังแก้ปัญหาตรงนี้ไม่ได้
งานวิจัยชิ้นแรกที่จะขอเล่าตีพิมพ์ในวารสาร Neuron ค.ศ. ๒๐๒๒ โดยนักวิจัยชาวออสเตรเลียและอังกฤษ สิ่งที่พวกเขาทำคือเพาะเลี้ยงออร์แกนอยด์สมองขนาด ๔ มิลลิเมตร (มีเซลล์อยู่ราว ๘ แสนเซลล์) ในจานเพาะเลี้ยงที่มีระบบอิเล็กทรอนิกส์อยู่ด้านล่าง พวกเขาตั้งชื่อมันว่าดิชเบรน (DishBrain)
ระบบเชื่อมต่อกันโดยมีขั้วไฟฟ้าพ่วงต่อเข้ากับโปรแกรมวิดีโอเกมปิงปอง วิธีการเล่นเกมคือสมองจิ๋วนี้จะต้องเลื่อน “ไม้ปิงปอง” ให้ตีถูกลูกที่เด้งไปมาได้ ผลคือมันส่งกระแสไฟฟ้าตอบสนองเกมได้ โดยนักวิจัยออกแบบให้ระบบตอบสนองให้สมองพวกนี้รับรู้ได้ในยามที่มันตีถูกลูก (ส่งกระแสไฟฟ้าตอบสนองให้สมองจิ๋วเหล่านี้รู้)
จากนั้นก็ให้มันเล่นและแจ้งผลการเล่นเมื่อตีถูกอยู่นาน ๕ นาที ผลการเล่นแสดงให้เห็นว่ามันเล่นเก่งขึ้นเรื่อย ๆ อย่าง
รวดเร็วชนิดที่ว่าหลังจาก “เล่นปิงปอง” ไปนาน ๒๐ นาที มันก็มีฝีมือเหนือกว่านักวิจัยทุกคนในแล็บ !
เรื่องน่าสนใจคือมันทำแบบนี้ได้โดยไม่จำเป็นต้องเรียนรู้ “กติกา” ของเกม ซึ่งฟังดูเหลือเชื่อมากทีเดียว
นักวิจัยระบุว่ามีแค่ต้องเติมฮอร์โมนโดปามีนให้ก้อนสมองจิ๋วแบบนี้เท่านั้น และเมื่อให้มันเล่นเกมชื่อดูม (Doom) มันก็เล่นได้เก่งราว ๆ ๘๗ เปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพเฉลี่ยที่มนุษย์เล่นได้
นักวิจัยสรุปว่าพวกเขาได้สร้าง “สติปัญญา (intelligence)” รูปแบบหนึ่งจาก “ชิ้นส่วนมีชีวิต” ที่เล่นวิดีโอเกมได้เป็นครั้งแรกของโลก และมันก็เล่นเก่งเกินกว่าเด็กคนไหนจะทำได้
ในการทดลองนี้นักวิจัยทดลองใช้ทั้งเซลล์สมองจากหนูและมนุษย์ ซึ่งก็ได้ผลคล้าย ๆ กัน แต่สมองมนุษย์เล่นเกมพวกนี้ได้ดีกว่าเล็กน้อย แสดงว่าทั้งสมองมีพื้นฐานโครงสร้างที่ตอบสนองต่อโปรแกรมแบบนี้แต่ต้น
ที่น่าสนใจอีกอย่างคือเคยมีการทดลองให้แมลงสาบตัวเป็น ๆ เล่นเกมแบบนี้ หากนำผลการทดลองมาเทียบกันแล้ว อาจกล่าวได้ว่ามันตีได้แม่นยำกว่าสมองจิ๋วราวเท่าตัว
นักวิจัยเชื่อว่าจะนำความรู้เรื่องนี้ (สมองจิ๋วตอบสนองและทำได้ดีขึ้นเมื่อรู้ว่าผลลัพธ์ที่ทำไปก่อนหน้าดีเพียงใด) ไปเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ AI ในเครื่องคอมพิวเตอร์ได้
อีกการทดลองเพิ่งตีพิมพ์ต้นปีนี้เอง (ค.ศ. ๒๐๒๖) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ซานตาครูซออกแบบชุดการทดลองคล้ายกับการทดลองแรกที่เล่าไปแล้ว แต่คราวนี้สิ่งที่สมองจิ๋วซึ่งแปรสภาพมาจากสเต็มเซลล์เหล่านี้ต้องทำก็คือพยายามทำสิ่งที่เหมือนกายกรรมคือการตั้งเสาในโปรแกรมที่อยู่ในรถให้มีตำแหน่งตั้งตรงได้ตลอดเวลาที่รถเคลื่อนที่
แต่การทำแบบนี้จะยากขึ้นมาหน่อยหากเทียบกับกรณีแรก จึงต้องฝึกสมองจิ๋วก่อน เมื่อสมองได้รับการฝึกและทำภารกิจได้จะมีการกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าให้รู้ว่าทำงานได้สำเร็จคล้ายกับการทดลองแรก ผลที่ได้คือสมองจิ๋วหลายก้อนที่นำมาใช้ทดสอบสามารถควบคุมเสาให้ตั้งตรงได้ดีเกินกว่าจะเป็นไปแบบสุ่มในทางสถิติหรือไม่มีการกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าที่เป็นการตอบสนองเลย
ผลการทดลองแสดงว่าความสามารถควบคุม “เสา” ในเกมโลกเสมือนดังกล่าว เกิดขึ้นจากการทำงานของสมองจิ๋วเหล่านี้จริง ๆ ไม่ได้เป็นเพียงเหตุบังเอิญหรือนักวิจัยคิดไปเอง อย่างไรก็ตามความสามารถดังกล่าวคงอยู่นานราว ๔๕ นาทีเท่านั้น เมื่อทดสอบต่อไปอีกก็ทำให้ทราบว่าการทำงานของสมองจิ๋วเหล่านี้เกิดขึ้นอย่างจำเพาะและใช้สารกลูตาเมต (glutamate) หรือกรดกลูตามิกเป็นตัวกลางในการสื่อสารข้อมูล
นักวิจัยมองว่าความรู้นี้น่าจะมีประโยชน์สำหรับการฟื้นฟูสภาพเซลล์สมองและน่าจะนำไปใช้คำนวณในระบบทางชีวภาพต่าง ๆ ได้อีกด้วย จึงเห็นได้ว่าการนำสมองจิ๋วเหล่านี้มาเล่นเกมไม่ได้เป็นเรื่องเล่นสนุก ๆ ไร้สาระแม้แต่น้อย
งานวิจัยชิ้นสุดท้ายมาจากประเทศจีน เป็นผลงานร่วมกันของมหาวิทยาลัยเทียนจินและมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเซาเทิร์น (SUSTech) พวกเขาตั้งชื่อโครงการว่าเมตาบ็อก (Meta BOC, Brain-on-Chip Intelligence Information Interaction System)
เรื่องที่เล่าให้ฟังนี้เรียกได้ว่าเป็นการทดลองแบบ “สมองบนชิป (brain-on-chip)” แต่ในการทดลองสุดท้ายนี้แทนที่จะเอาสมองจิ๋วไปวางบนวงจรอิเล็กทรอนิกส์และต่อสัญญาณไปยังขั้วไฟฟ้าพวกเขายังเอาระบบทั้งหมดไปเชื่อมต่อเพื่อควบคุมหุ่นยนต์อีกด้วย หากเอาคำว่า MetaBOC ไปค้นดูในอินเทอร์เน็ตก็จะเห็นสมองจิ๋วอยู่บนส่วนหัวของหุ่นยนต์จิ๋ว ดูน่าทึ่งสุด ๆ ไปเลย
สมองจิ๋วเหล่านี้สื่อสารแบบเรียลไทม์กับระบบอิเล็กทรอนิกส์และหุ่นยนต์ได้ นักวิจัยพิสูจน์ให้เห็นว่าสมองจิ๋วควบคุมหุ่นยนต์ให้ทำเรื่องง่าย ๆ เช่น การเดินหลบหลีกสิ่งกีดขวางและการหยิบจับวัตถุ ทำให้เห็นว่าระบบ “ชีวไฮบริด (biohybrid)” แบบนี้ใช้งานได้จริง จุดสำคัญอีกเรื่องหนึ่งคืองานวิจัยนี้เปิดเผยซอร์ซโค้ดของระบบทางออนไลน์ (open-source online) นั่นก็แปลว่านักวิจัยคนอื่น ๆ สามารถนำข้อมูลไปใช้งานต่อยอดได้
นักวิทยาศาสตร์หวังว่าระบบแบบนี้จะมีประโยชน์นำมาใช้ปรับปรุงส่วนเชื่อมต่อหรืออินเทอร์เฟซระหว่างสมองคอมพิวเตอร์ (brain-computer interface, BCI) ที่ช่วยให้สมองของเรา “พูดคุย” กับคอมพิวเตอร์ได้โดยตรง ซึ่งน่าจะช่วยเร่งให้การศึกษาโรคต่าง ๆ ของสมองและระบบประสาททำได้ดียิ่งขึ้น
เมื่อพูดถึง BCI ก็มีบริษัทเอกชนหลายแห่งที่กำลังพัฒนาเรื่องนี้อย่างขะมักเขม้น ไม่ว่าจะเป็นนิวรัลลิงก์ (Neuralink) ที่ อีลอน มัสก์ เป็นผู้ก่อตั้ง ซิน-ครอน (Synchron) ซึ่งมี บิล เกตส์ และเจฟฟ์ เบโซส เป็นผู้ลงทุน นอกจากนี้ยังมีบริษัทพาราโดรมิกส์ (Paradromics) และพรีซิชันนิวโรไซแอนซ์ (Precision Neuroscience) ที่กำลังพัฒนาเทคโนโลยีด้านนี้อีกด้วย
งานวิจัยด้านนี้จึงฮิตฮอตกันสุด ๆ จริง ๆ ท่ามกลางประเด็น “ชีวจริยธรรม” ที่ร้อนแรงไม่แพ้กัน