Organoidna inteligencija - Revolucionarna računala koja pokreću stanice ljudskog mozga

Znanstvenici su gotovo spremni otkriti revolucionarni put za napredak računalstva. To se zove "organoidna inteligencija" (OI), gdje bi laboratorijski uzgojeni moždani organoidi djelovali kao biološki hardver.

Umjetna inteligencija odavno je inspirirana ljudskim mozgom. Ovaj pristup se pokazao vrlo uspješnim. AI se može pohvaliti impresivnim postignućima – od dijagnosticiranja zdravstvenih stanja do pisanja poezije. Unatoč tome, izvorni model još uvijek nadmašuje strojeve na mnogo načina. Zato možemo, primjerice, "dokazati svoju ljudskost" trivijalnim slikovnim testovima na internetu. Umjesto pokušaja simulacije ljudskog mozga, znanstvenici su otišli ravno do izvora.

Mnoge discipline rade na stvaranju revolucionarnih bioračunala u kojima 3D kulture moždanih stanica, nazvani moždani organoidi, služe kao biološki hardver. Svoj plan za ostvarenje te vizije objavili su u časopisu Frontiers in Science.

"Ovo novo interdisciplinarno polje zovemo 'organoidna inteligencija' (OI)", rekao je profesor Thomas Hartung sa Sveučilišta Johns Hopkins. "Zajednica vrhunskih znanstvenika okupila se kako bi razvila ovu tehnologiju, za koju vjerujemo da će započeti novu eru brzog, moćnog i učinkovitog bioračunalstva."

Što su moždani organoidi i zašto mogu biti tako dobra računala?

Moždani organoidi posebna su vrsta stanične kulture uzgojene u laboratoriju. Iako moždani organoidi nisu klasificirani kao "mini-mozgovi", oni dijele ključne aspekte funkcije i strukture mozga, kao što su neuroni i druge moždane stanice koje su bitne za kognitivne funkcije učenja i pamćenja. Zašto su tako posebni? Većina staničnih kultura ima ravnu strukturu, ali organoidi su trodimenzionalni, što im povećava gustoću stanica za 1000 puta. Kao rezultat toga, neuroni mogu stvoriti mnogo više veza.

Ali čak i ako su moždani organoidi dobra imitacija mozga, zašto bi bili dobra računala? Uostalom, nisu li računala pametnija i brža od mozga?

"Iako su računala temeljena na siliciju svakako bolja u brojevima, mozak je bolji u učenju", objasnio je Hartung. “Na primjer, AlphaGo [AI koji je pobijedio prvog svjetskog Go igrača 2017.] bio je treniran na podacima iz 160.000 igara. Osoba bi morala igrati pet sati dnevno više od 175 godina da bi odigrala isti broj igara.”

Mozak ne samo da bolje uči, već je i energetski učinkovitiji. Na primjer, količina energije koja se koristi za treniranje AlphaGoa veća je od one potrebne za "održavanje" aktivne odrasle osobe tijekom desetljeća.

"Mozak također ima nevjerojatan kapacitet za pohranu informacija, procijenjen na 2500 TB", dodao je Hartung. “Dosežemo fizičke granice silicijskih računala jer ne možemo spakirati više tranzistora u mali čip. Ali mozak je potpuno drugačije građen. Ima oko 100 milijardi neurona povezanih preko više od 1015 spojnih točaka. To je velika razlika u snazi u usporedbi s našom trenutnom tehnologijom.”

Kako bi izgledala bioračunala organoidne inteligencije?

Prema Hartungu, sadašnji moždani organoidi moraju se povećati ako žele služiti kao organoidna inteligencija. “Premale su, svaka sadrži oko 50.000 stanica. Tu brojku bismo trebali povećati na 10 milijuna za OI”, objasnio je.

Paralelno, istraživači razvijaju tehnologiju za komunikaciju s organoidima. Jednostavno rečeno, razvijaju tehnologiju za slanje informacija i čitanje podataka iz kojih bi mogli zaključiti što organoidi "misle". Pomagat će si alatima iz raznih znanstvenih disciplina i prilagođavati ih za svoje potrebe, poput bioinženjeringa i strojnog učenja. To će im omogućiti razvoj novih uređaja za stimulaciju i snimanje.

“Razvili smo uređaj koji će djelovati kao sučelje između mozga i računala. Riječ je o svojevrsnoj EEG kapici za organoide, koju smo predstavili u članku objavljenom prošlog kolovoza. To je fleksibilna ljuska koja je gusto prekrivena sićušnim elektrodama koje mogu pokupiti signale iz organoida i prenijeti ih na njega“, rekao je Hartung.

Tim istraživača predviđa da će OI na kraju uključiti širok izbor alata za stimulaciju i snimanje. Oni će orkestrirati interakcije u mrežama međusobno povezanih organoida koji bi obavljali složenije računalne zadatke.

Organoidna inteligencija mogla bi pomoći u prevenciji i liječenju neuroloških stanja

Potencijal organoidne inteligencije proteže se izvan samog računalstva. Zdravstvo je područje koje bi moglo imati najviše koristi od nove tehnologije. Nobelovci John Gurdon i Shinya Yamanaka razvili su revolucionarnu tehniku koja omogućuje stvaranje moždanih organoida iz tkiva odraslog čovjeka. To znači da znanstvenici mogu razviti prilagođene moždane organoide iz uzoraka kože pacijenata s neurološkim poremećajima kao što je Alzheimerova bolest. Zatim mogu ispitati kako genetski čimbenici, lijekovi i toksini utječu na neurološke poremećaje.

"Kognitivni aspekti neuroloških stanja također se mogu proučavati s OI", rekao je Hartung. “Na primjer, mogli bismo usporediti formiranje pamćenja u organoidima dobivenim od zdravih ljudi i pacijenata s Alzheimerovom bolešću i pokušati ispraviti relativne nedostatke. OI bi se također mogao koristiti za testiranje uzrokuju li određene tvari, poput pesticida, probleme s pamćenjem ili učenjem."

Etika i moralna načela

Stvaranje organoida ljudskog mozga koji mogu učiti, pamtiti i komunicirati s okolinom postavlja složena etička pitanja. Na primjer, možemo li razviti svijest čak iu osnovnom obliku? Mogu li osjetiti bol ili patnju? I kakva bi prava ljudi imali nad moždanim organoidima napravljenim od vlastitih stanica?

Istraživači su svjesni da njihov rad postavlja mnoga etička pitanja. "Ključni dio naše vizije je razviti OI na etičan i društveno odgovoran način", rekao je Hartung. „Zbog toga smo od samog početka radili s etičarima kako bismo uspostavili pristup 'ugrađene etike'. Sva etička pitanja kontinuirano će procjenjivati timovi sastavljeni od znanstvenika, etičara i javnosti.”

Koliko smo daleko od prve organoidne inteligencije?

OI je tek u povojima. Nedavno objavljena studija istraživača dr. Ali Brett Kagan iz Cortical Labsa dokazuje da koncept funkcionira. Njegov tim je pokazao da normalna, ravna stanična kultura može naučiti igrati video igru Pong.

"Njegov tim to već testira s moždanim organoidima", potvrđuje Hartung. “Rekao bih da ponavljanje ovog eksperimenta s organoidima već zadovoljava osnovnu definiciju OI. Odavde je samo stvar izgradnje zajednica, alata i tehnologija za ostvarenje punog potencijala organoidne inteligencije."