Intelligence organoïde - Des ordinateurs révolutionnaires alimentés par des cellules cérébrales humaines

Les scientifiques sont presque prêts à dévoiler une voie révolutionnaire pour faire progresser l’informatique. C’est ce qu’on appelle « l’intelligence organoïde » (OI), dans laquelle les organoïdes cérébraux cultivés en laboratoire agiraient comme du matériel biologique.

L’intelligence artificielle s’inspire depuis longtemps du cerveau humain. Cette approche s’est avérée très efficace. L’IA possède des réalisations impressionnantes – du diagnostic de problèmes de santé à l’écriture de poésie. Néanmoins, le modèle original surpasse toujours les machines à bien des égards. C'est pourquoi nous pouvons, par exemple, « prouver notre humanité » avec des tests d'images triviaux en ligne. Au lieu d’essayer de simuler le cerveau humain, les scientifiques sont allés directement à la source.

De nombreuses disciplines travaillent à la création de bioordinateurs révolutionnaires dans lesquels des cultures 3D de cellules cérébrales, appelées organoïdes cérébraux, servent de matériel biologique. Ils ont publié leur plan pour réaliser cette vision dans la revue Frontiers in Science.

"Nous appelons ce nouveau domaine interdisciplinaire" l'intelligence organoïde "(OI)", a déclaré le professeur Thomas Hartung de l'Université Johns Hopkins. "Une communauté de scientifiques de haut niveau s'est réunie pour développer cette technologie qui, selon nous, ouvrira la voie à une nouvelle ère de bioinformatique rapide, puissante et efficace."

Que sont les organoïdes cérébraux et pourquoi peuvent-ils être de si bons ordinateurs ?

Les organoïdes cérébraux constituent un type particulier de culture cellulaire cultivée en laboratoire. Bien que les organoïdes cérébraux ne soient pas classés comme « mini-cerveaux », ils partagent des aspects clés de la fonction et de la structure du cerveau, tels que les neurones et autres cellules cérébrales essentielles aux fonctions cognitives d’apprentissage et de mémoire. Pourquoi sont-ils si spéciaux ? La plupart des cultures cellulaires ont une structure plate, mais les organoïdes sont tridimensionnels, ce qui augmente leur densité cellulaire de 1 000 fois. En conséquence, les neurones peuvent établir beaucoup plus de connexions.

Mais même si les organoïdes cérébraux sont de bonnes imitations du cerveau, pourquoi seraient-ils de bons ordinateurs ? Après tout, les ordinateurs ne sont-ils pas plus intelligents et plus rapides que les cerveaux ?

"Bien que les ordinateurs à base de silicium soient certainement meilleurs pour les chiffres, les cerveaux sont meilleurs pour apprendre", a expliqué Hartung. « Par exemple, AlphaGo [l'IA qui a battu le numéro un mondial de Go en 2017] a été entraînée sur les données de 160 000 jeux. Il faudrait jouer cinq heures par jour pendant plus de 175 ans pour jouer le même nombre de jeux.

Le cerveau est non seulement un meilleur apprenant, mais il est également plus économe en énergie. Par exemple, la quantité d’énergie utilisée pour entraîner AlphaGo est supérieure à celle nécessaire pour « maintenir » un adulte actif pendant une décennie.

"Le cerveau possède également une incroyable capacité à stocker des informations, estimée à 2 500 To", a ajouté Hartung. « Nous atteignons les limites physiques des ordinateurs au silicium car nous ne pouvons pas intégrer plus de transistors dans une petite puce. Mais le cerveau est construit complètement différemment. Il compte environ 100 milliards de neurones connectés via plus de 1 015 points de connexion. Cela représente une énorme différence de puissance par rapport à notre technologie actuelle.

À quoi ressembleraient les bioordinateurs à intelligence organoïde ?

Selon Hartung, les organoïdes cérébraux actuels doivent être agrandis s’ils doivent servir d’intelligence organoïde. « Ils sont trop petits, chacun contenant environ 50 000 cellules. Il faudrait augmenter ce chiffre à 10 millions pour l'OI", a-t-il expliqué.

En parallèle, les chercheurs développent une technologie pour communiquer avec les organoïdes. En termes simples, ils développent une technologie pour envoyer des informations et lire des données à partir desquelles ils pourraient savoir ce que « pensent » les organoïdes. Ils s’entraideront avec des outils issus de diverses disciplines scientifiques et les adapteront à leurs objectifs, comme la bio-ingénierie et l’apprentissage automatique. Cela leur permettra de développer de nouveaux appareils de stimulation et d’enregistrement.

"Nous avons développé un dispositif qui fera office d'interface entre le cerveau et l'ordinateur. Il s’agit d’une sorte de casquette EEG pour organoïdes, que nous avons présentée dans un article publié en août dernier. Il s'agit d'une coque flexible densément recouverte de minuscules électrodes capables de capter les signaux de l'organoïde et de les lui transmettre", a déclaré Hartung.

L’équipe de chercheurs envisage que l’OI intègre à terme une grande variété d’outils de stimulation et d’enregistrement. Ceux-ci orchestreront les interactions dans des réseaux d’organoïdes interconnectés qui effectueraient des tâches informatiques plus complexes.

L'intelligence organoïde pourrait aider à prévenir et à traiter les maladies neurologiques

Le potentiel de l’intelligence organoïde s’étend au-delà de l’informatique elle-même. La santé est un domaine qui pourrait bénéficier le plus des nouvelles technologies. Les lauréats du prix Nobel John Gurdon et Shinya Yamanaka ont développé une technique révolutionnaire qui permet de créer des organoïdes cérébraux à partir de tissus humains adultes. Cela signifie que les scientifiques peuvent développer des organoïdes cérébraux personnalisés à partir d'échantillons de peau provenant de patients souffrant de troubles neurologiques tels que la maladie d'Alzheimer. Ils peuvent ensuite tester comment les facteurs génétiques, les médicaments et les toxines affectent les troubles neurologiques.

"Les aspects cognitifs des troubles neurologiques pourraient également être étudiés avec l'OI", a déclaré Hartung. « Par exemple, nous pourrions comparer la formation de la mémoire dans les organoïdes obtenus auprès de personnes en bonne santé et de patients atteints de la maladie d'Alzheimer et tenter de corriger les déficits relatifs. L’OI pourrait également être utilisée pour tester si certaines substances, telles que les pesticides, provoquent des problèmes de mémoire ou d’apprentissage. »

Éthique et principes moraux

La création d’organoïdes cérébraux humains capables d’apprendre, de se souvenir et d’interagir avec leur environnement soulève des questions éthiques complexes. Par exemple, pourrions-nous développer la conscience même sous une forme basique ? Peuvent-ils ressentir de la douleur ou de la souffrance ? Et quels droits les gens auraient-ils sur les organoïdes cérébraux fabriqués à partir de leurs propres cellules ?

Les chercheurs sont bien conscients que leurs travaux soulèvent de nombreuses questions éthiques. "Un élément clé de notre vision est de développer l'OI d'une manière éthique et socialement responsable", a déclaré Hartung. « C'est pourquoi nous avons travaillé dès le début avec des éthiciens pour établir une approche d'« éthique intégrée ». Toutes les questions éthiques seront évaluées en permanence par des équipes composées de scientifiques, d’éthiciens et du public.

À quelle distance sommes-nous de la première intelligence organoïde ?

L’OI en est encore à ses balbutiements. Une étude récemment publiée par le chercheur Dr. Mais Brett Kagan de Cortical Labs prouve que le concept fonctionne. Son équipe a démontré qu’une culture cellulaire plate et normale peut apprendre à jouer au jeu vidéo Pong.

"Son équipe teste déjà cela avec des organoïdes cérébraux", confirme Hartung. « Je dirais que répéter cette expérience avec des organoïdes répond déjà à la définition de base de l’OI. À partir de là, il ne reste plus qu’à créer des communautés, des outils et des technologies pour réaliser tout le potentiel de l’intelligence organoïde. »