Intelligenza organoide: computer rivoluzionari alimentati da cellule cerebrali umane

Gli scienziati sono quasi pronti a svelare un percorso rivoluzionario per il progresso dell’informatica. Si chiama "intelligenza organoide" (OI), in cui gli organoidi cerebrali coltivati in laboratorio fungerebbero da hardware biologico.

Umetna inteligenca se že dolgo zgleduje po človeških možganih. Ta pristop se je izkazal za zelo uspešnega. AI se ponaša z impresivnimi dosežki – od diagnosticiranja zdravstvenih stanj do pisanja poezije. Kljub temu izvirni model še vedno v mnogih pogledih prekaša stroje. Zato lahko na primer »dokažemo svojo človečnost« s trivialnimi slikovnimi testi na spletu. Znanstveniki pa so namesto poskušanja simuliranja človeških možganov, prešli kar neposredno do vira.

Molte discipline stanno lavorando per creare biocomputer rivoluzionari in cui colture 3D di cellule cerebrali, chiamate organoidi cerebrali, fungono da hardware biologico. Hanno pubblicato il loro piano per realizzare questa visione sulla rivista Frontiers in Science.

»To novo interdisciplinarno področje imenujemo ‘organoidna inteligenca’ (OI),« je dejal profesor Thomas Hartung z Univerze Johns Hopkins. »Skupnost vrhunskih znanstvenikov se je zbrala, da bi razvili to tehnologijo, za katero verjamemo, da bo začela novo dobo hitrega, zmogljivega in učinkovitega bioračunalništva.«

Cosa sono gli organoidi cerebrali e perché possono essere dei computer così validi?

Gli organoidi cerebrali sono un tipo speciale di coltura cellulare coltivata in laboratorio. Sebbene gli organoidi cerebrali non siano classificati come “mini-cervelli”, condividono aspetti chiave della funzione e della struttura del cervello, come i neuroni e altre cellule cerebrali che sono essenziali per le funzioni cognitive dell’apprendimento e della memoria. Perché sono così speciali? La maggior parte delle colture cellulari ha una struttura piatta, ma gli organoidi sono tridimensionali, il che aumenta la loro densità cellulare di 1000 volte. Di conseguenza, i neuroni possono formare molte più connessioni.

Ma anche se gli organoidi cerebrali fossero delle buone imitazioni del cervello, perché dovrebbero essere dei buoni computer? Dopotutto, i computer non sono più intelligenti e più veloci dei cervelli?

»Medtem ko so računalniki na osnovi silicija zagotovo boljši pri številkah, so možgani boljši pri učenju,” je pojasnil Hartung. »Na primer, AlphaGo [AI, ki je leta 2017 premagal prvega igralca igre Go na svetu] je bil usposobljen na podlagi podatkov iz 160.000 iger. Človek bi moral igrati pet ur na dan več kot 175 let, da bi odigral enako število iger.«

Možgani niso samo boljši učenci, so tudi energetsko učinkovitejši. Na primer, količina energije, porabljene za usposabljanje AlphaGo, je večja od tiste, ki je potrebna za “vzdrževanje” aktivne odrasle osebe celo desetletje.

"Il cervello ha anche un'incredibile capacità di immagazzinare informazioni, stimata in 2.500 TB", ha aggiunto Hartung. “Stiamo raggiungendo i limiti fisici dei computer al silicio perché non possiamo racchiudere più transistor in un piccolo chip. Ma il cervello è costruito in modo completamente diverso. Ha circa 100 miliardi di neuroni collegati attraverso più di 1015 punti di connessione. Si tratta di un’enorme differenza di potenza rispetto alla nostra tecnologia attuale”.

Come sarebbero i biocomputer con intelligenza organoide?

Secondo Hartung, gli attuali organoidi cerebrali devono essere ampliati se vogliono fungere da intelligenza organoide. “Sono troppo piccoli, ciascuno contenente circa 50.000 cellule. Dovremmo aumentare questa cifra a 10 milioni per l'OI", ha spiegato.

Parallelamente, i ricercatori stanno sviluppando una tecnologia per comunicare con gli organoidi. In poche parole, stanno sviluppando una tecnologia per inviare informazioni e leggere dati da cui potrebbero capire cosa stanno “pensando” gli organoidi. Si aiuteranno a vicenda con strumenti provenienti da varie discipline scientifiche e li adatteranno ai loro scopi, come la bioingegneria e l’apprendimento automatico. Ciò consentirà loro di sviluppare nuovi dispositivi di stimolazione e registrazione.

"Abbiamo sviluppato un dispositivo che fungerà da interfaccia tra il cervello e il computer. Si tratta di una sorta di tappo EEG per gli organoidi, che abbiamo presentato in un articolo pubblicato lo scorso agosto. Si tratta di un guscio flessibile densamente ricoperto di minuscoli elettrodi che possono captare segnali dall'organoide e trasmetterli ad esso", ha affermato Hartung.

Il team di ricercatori prevede che l’OI possa eventualmente incorporare un’ampia varietà di strumenti di stimolazione e registrazione. Questi orchestreranno le interazioni in reti di organoidi interconnessi che svolgerebbero compiti computazionali più complessi.

L’intelligenza organoide potrebbe aiutare a prevenire e curare le condizioni neurologiche

Potencial organoidne inteligence sega dlje od samega računalništva. Zdravstvo je področje, ki bi lahko imelo največ od nove tehnologije. Nobelova nagrajenca John Gurdon in Shinya Yamanaka sta razvila prebojno tehniko, s katero je izvedljivo možganske organoide izdelati iz tkiva odraslega človeka. To pomeni, da lahko znanstveniki razvijejo prilagojene možganske organoide iz kožnih vzorcev pacientov z nevralnimi motnjami, kot je Alzheimerjeva bolezen. Nato lahko testirajo, kako genetski dejavniki, zdravila in toksini vplivajo na nevrološka obolenja.

"Gli aspetti cognitivi delle condizioni neurologiche potrebbero anche essere studiati con l'OI", ha detto Hartung. “Ad esempio, potremmo confrontare la formazione della memoria negli organoidi ottenuti da persone sane e da pazienti affetti da Alzheimer e provare a correggere i relativi deficit. L’OI potrebbe anche essere utilizzato per verificare se determinate sostanze, come i pesticidi, causano problemi di memoria o di apprendimento”.

Etica e principi morali

La creazione di organoidi del cervello umano in grado di apprendere, ricordare e interagire con l’ambiente solleva complesse questioni etiche. Ad esempio, potremmo sviluppare la coscienza anche in una forma elementare? Possono provare dolore o sofferenza? E quali diritti avrebbero le persone sugli organoidi cerebrali prodotti dalle proprie cellule?

Raziskovalci se zelo dobro zavedajo, da njihovo delo poraja številna etična vprašanja. »Ključni del naše vizije je razvoj OI na etičen in družbeno odgovoren način,« je dejal Hartung. »Zaradi tega smo že od samega začetka sodelovali z etiki, da bi vzpostavili pristop ‘vgrajene etike’. Vsa etična vprašanja bodo nenehno ocenjevale ekipe, sestavljene iz znanstvenikov, etikov in javnosti.«

Quanto siamo lontani dalla prima intelligenza organoide?

L'OI è ancora agli inizi. Uno studio recentemente pubblicato dal ricercatore Dr. Ma Brett Kagan di Cortical Labs dimostra che il concetto funziona. Il suo team ha dimostrato che una normale coltura cellulare piatta può imparare a giocare al videogioco Pong.

"Il suo team lo sta già testando con organoidi cerebrali", conferma Hartung. “Direi che ripetere questo esperimento con gli organoidi soddisfa già la definizione di base di OI. Da qui, è solo questione di costruire comunità, strumenti e tecnologie per realizzare il pieno potenziale dell’intelligenza organoide”.