Według naukowców z Johns Hopkins University, „biokomputer” zasilany ludzkimi komórkami mózgowymi mógłby zostać opracowany jeszcze za naszego życia, którzy spodziewają się, że taka technologia wykładniczo rozszerzy możliwości nowoczesnych komputerów i stworzy nowe dziedziny badań.
Zespół nakreśla dziś swój plan „inteligencji organoidalnej” w czasopiśmie Frontiers in Science.
„Przetwarzanie danych i sztuczna inteligencja napędzają rewolucję technologiczną, ale osiągają pułap” – powiedział Thomas Hartung, profesor nauk o zdrowiu środowiskowym w Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health and Whiting School of Engineering, który kieruje pracą. „Biocomputing to ogromny wysiłek polegający na zagęszczeniu mocy obliczeniowej i zwiększeniu jej wydajności w celu przekroczenia naszych obecnych ograniczeń technologicznych”.
Przez prawie dwie dekady naukowcy używali maleńkich organoidów, wyhodowanych w laboratorium tkanek przypominających w pełni wyhodowane narządy, do eksperymentowania na nerkach, płucach i innych narządach bez uciekania się do testów na ludziach lub zwierzętach. Niedawno Hartung i współpracownicy z Johns Hopkins pracowali z organoidami mózgu, kulami wielkości kropki od długopisu z neuronami i innymi cechami, które obiecują podtrzymanie podstawowych funkcji, takich jak uczenie się i zapamiętywanie.
„To otwiera badania nad tym, jak działa ludzki mózg” – powiedział Hartung. „Ponieważ możesz zacząć manipulować systemem, robić rzeczy, których etycznie nie można zrobić z ludzkim mózgiem”.
Hartung zaczął hodować i łączyć komórki mózgowe w funkcjonalne organoidy w 2012 roku, używając komórek z próbek ludzkiej skóry przeprogramowanych w stan podobny do embrionalnych komórek macierzystych. Każdy organoid zawiera około 50 000 komórek, mniej więcej wielkości układu nerwowego muszki owocowej. Teraz wyobraża sobie zbudowanie futurystycznego komputera z takimi organoidami mózgowymi.
Komputery działające na tym „biologicznym sprzęcie” mogą w następnej dekadzie zacząć zmniejszać zapotrzebowanie na energię superkomputerów, które stają się coraz bardziej niezrównoważone, powiedział Hartung. Chociaż komputery przetwarzają obliczenia zawierające liczby i dane szybciej niż ludzie, mózgi są znacznie mądrzejsze w podejmowaniu złożonych logicznych decyzji, takich jak odróżnianie psa od kota.
„Mózg wciąż nie ma sobie równych w nowoczesnych komputerach” – powiedział Hartung. „Frontier, najnowszy superkomputer w Kentucky, kosztuje 600 milionów dolarów i zajmuje powierzchnię 6800 stóp kwadratowych. Tylko w czerwcu ubiegłego roku po raz pierwszy przekroczył możliwości obliczeniowe pojedynczego ludzkiego mózgu – ale zużywając milion razy więcej energia.”
Hartung powiedział, że może minąć dziesięciolecia, zanim inteligencja organoidów będzie w stanie zasilić system tak inteligentny jak mysz. Ale zwiększając skalę produkcji organoidów mózgowych i szkoląc je za pomocą sztucznej inteligencji, przewiduje przyszłość, w której biokomputery będą obsługiwać najwyższą prędkość obliczeniową, moc obliczeniową, wydajność danych i możliwości przechowywania.
„Zajmie dziesięciolecia, zanim osiągniemy cel, jakim jest coś porównywalnego z jakimkolwiek typem komputera” – powiedział Hartung. „Ale jeśli nie zaczniemy tworzyć programów finansowania tego, będzie to znacznie trudniejsze”.
Inteligencja organoidalna może również zrewolucjonizować badania nad testowaniem leków pod kątem zaburzeń neurorozwojowych i neurodegeneracji, powiedziała Lena Smirnova, adiunkt Johns Hopkins w dziedzinie zdrowia środowiskowego i inżynierii, która współprowadzi badania.
„Chcemy porównać organoidy mózgowe od typowo rozwiniętych dawców z organoidami mózgowymi od dawców z autyzmem” – powiedziała Smirnova. „Narzędzia, które rozwijamy w kierunku obliczeń biologicznych, to te same narzędzia, które pozwolą nam zrozumieć zmiany w sieciach neuronowych specyficznych dla autyzmu, bez konieczności wykorzystywania zwierząt lub dostępu do pacjentów, dzięki czemu możemy zrozumieć mechanizmy leżące u podstaw tego, dlaczego pacjenci mają te funkcje poznawcze” problemy i upośledzenia”.
Aby ocenić etyczne implikacje pracy z inteligencją organoidalną, w skład zespołu weszło zróżnicowane konsorcjum naukowców, bioetyków i członków społeczeństwa.
Do autorów Johnsa Hopkinsa należeli: Brian S. Caffo, David H. Gracias, Qi Huang, Itzy E. Morales Pantoja, Bohao Tang, Donald J. Zack, Cynthia A. Berlinicke, J. Lomax Boyd, Timothy DHarris, Erik C. Johnson, Jeffrey Kahn, Barton L. Paulhamus, Jesse Plotkin, Alexander S. Szalay, Joshua T. Vogelstein i Paul F. Worley.
Inni autorzy to: Brett J. Kagan z Cortical Labs; Alysson R. Muotri z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego; oraz Jens C. Schwamborn z Uniwersytetu w Luksemburgu.