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.

L’intelligenza artificiale si ispira da tempo al cervello umano. Questo approccio si è rivelato molto efficace. L’intelligenza artificiale vanta risultati impressionanti, dalla diagnosi di patologie alla scrittura di poesie. Tuttavia, il modello originale surclassa ancora le macchine sotto molti aspetti. Ecco perché possiamo, ad esempio, "dimostrare la nostra umanità" con banali test di immagini online. Invece di provare a simulare il cervello umano, gli scienziati sono andati direttamente alla fonte.

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.

"Chiamiamo questo nuovo campo interdisciplinare 'intelligenza organoide' (OI)", ha affermato il professor Thomas Hartung della Johns Hopkins University. "Una comunità dei migliori scienziati si è riunita per sviluppare questa tecnologia, che crediamo inaugurerà una nuova era di bioinformatica veloce, potente ed efficiente."

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?

"Mentre i computer basati sul silicio sono sicuramente più bravi con i numeri, i cervelli sono più bravi nell'apprendimento", ha spiegato Hartung. “Ad esempio, AlphaGo [l’intelligenza artificiale che ha battuto il giocatore di Go numero uno al mondo nel 2017] è stata addestrata sui dati di 160.000 giochi. Una persona dovrebbe giocare cinque ore al giorno per oltre 175 anni per poter giocare allo stesso numero di giochi”.

Il cervello non solo apprende meglio, ma è anche più efficiente dal punto di vista energetico. Ad esempio, la quantità di energia utilizzata per addestrare AlphaGo è maggiore di quella necessaria per “mantenere” un adulto attivo per un decennio.

"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

Il potenziale dell’intelligenza organoide va oltre l’informatica stessa. L’assistenza sanitaria è un settore che potrebbe trarre i maggiori vantaggi dalle nuove tecnologie. I premi Nobel John Gurdon e Shinya Yamanaka hanno sviluppato una tecnica innovativa che rende possibile produrre organoidi cerebrali da tessuti umani adulti. Ciò significa che gli scienziati possono sviluppare organoidi cerebrali personalizzati da campioni di pelle di pazienti con disturbi neurologici come il morbo di Alzheimer. Possono quindi testare come i fattori genetici, i farmaci e le tossine influenzano i disturbi neurologici.

"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?

I ricercatori sono ben consapevoli che il loro lavoro solleva molte questioni etiche. "Una parte fondamentale della nostra visione è sviluppare l'OI in modo etico e socialmente responsabile", ha affermato Hartung. “Questo è il motivo per cui abbiamo collaborato fin dall'inizio con esperti di etica per stabilire un approccio di “etica integrata”. Tutte le questioni etiche saranno continuamente valutate da team composti da scienziati, esperti di etica e pubblico”.

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”.