Organoidna inteligenca – revolucionarni računalniki, ki jih poganjajo človeške možganske celice

Znanstveniki so skoraj pripravljeni na razkritje revolucionarne poti za napredek računalništva. Imenuje se »organoidna inteligenca« (OI), pri kateri bi v laboratoriju vzgojeni možganski organoidi delovali kot biološka strojna oprema.

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.

Številne discipline si prizadevajo ustvariti revolucionarne bioračunalnike, kjer 3D kulture možganskih celic, imenovane možganski organoidi, služijo kot biološka strojna oprema. Svoj načrt za uresničitev te vizije so objavili v reviji 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.«

Kaj so možganski organoidi in zakaj so lahko tako dobri računalniki?

Možganski organoidi so posebna vrsta v laboratoriju gojenih celičnih kultur. Čeprav možganski organoidi niso klasificirani kot »mini možgani«, imajo vseeno skupne ključne vidike delovanja in strukture možganov, kot so nevroni in druge možganske celice, ki so bistvenega pomena za kognitivne funkcije učenja in spomina. Zakaj so tako posebni? Večina celičnih kultur ima ravno strukturo, organoidi pa so tridimenzionalni, kar jim poveča celično gostoto za 1000-krat. Posledično lahko nevroni tvorijo veliko več povezav.

Toda tudi če so možganski organoidi dobra imitacija možganov, zakaj bi bili dobri računalniki? Konec koncev, ali niso računalniki pametnejši in hitrejši od možganov?

»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.

»Možgani imajo tudi neverjetno zmogljivost za shranjevanje informacij, ocenjeno na 2500 TB,« je dodal Hartung. »Dosegamo fizične meje silicijevih računalnikov, ker ne moremo zapakirati več tranzistorjev v majhen čip. A možgani so zgrajeni povsem drugače. Ima približno 100 milijard nevronov, povezanih prek več kot 1015 povezovalnih točk. To je ogromna razlika v moči v primerjavi z našo trenutno tehnologijo.«

Kako bi izgledali bioračunalniki organoidne inteligence?

Po podatkih Hartunga je potrebno sedanje možganske organoide povečati, če želijo služiti kot organoidna inteligenca. »Premajhni so, vsak vsebuje okoli 50.000 celic. Za OI bi morali to številko povečati na 10 milijonov,« je pojasnil.

Vzporedno raziskovalci razvijajo tehnologijo za komunikacijo z organoidi. Preprosto povedano, razvijajo tehnologijo za pošiljanje informacij in branje podatkov, iz katerih bi lahko razbrali, kaj organoidi »razmišljajo«. Pri tem si bodo pomagali z orodji iz različnih znanstvenih disciplin in jih prilagodili za svoje namene, kot na primer bioinženiring in strojno učenje. To jim bo omogočilo razviti nove stimulacijske in snemalne naprave.

»Razvili smo napravo, ki bo delovala kot vmesnik med možgani in računalnikom. Je neke vrste EEG kapica za organoide, kar smo predstavili v članku, objavljenem avgusta lani. Gre za prožno lupino, ki je gosto prekrita z drobnimi elektrodami, ki lahko poberejo signale iz organoida in jih posredujejo vanj,« je dejal Hartung.

Skupina raziskovalcev predvideva, da bi OI sčasoma vključila široko paleto orodij za stimulacijo in snemanje. Ti bodo orkestrirali interakcije v omrežjih med seboj povezanih organoidov, ki bi izvajali bolj zapletene računske naloge.

Organoidna inteligenca bi lahko pomagala pri preprečevanju in zdravljenju nevroloških stanj

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.

»Z OI bi lahko preučevali tudi kognitivne vidike nevroloških stanj,« je dejal Hartung. »Lahko bi na primer primerjali nastanek spomina v organoidih, pridobljenih od zdravih ljudi in bolnikov z Alzheimerjevo boleznijo, in poskušali popraviti relativne pomanjkljivosti. OI bi lahko uporabili tudi za testiranje, ali nekatere snovi, kot so pesticidi, povzročajo težave s spominom ali učenjem.«

Etika in moralna načela

Ustvarjanje človeških možganskih organoidov, ki se lahko učijo, si zapomnijo in komunicirajo s svojim okoljem, postavlja zapletena etična vprašanja. Na primer, ali bi lahko razvili zavest tudi v osnovni obliki? Ali lahko občutijo bolečino ali trpljenje? In kakšne pravice bi imeli ljudje glede možganskih organoidov, narejenih iz njihovih celic?

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.«

Kako daleč smo od prve organoidne inteligence?

OI je še v začetnih povojih. Nedavno objavljena študija raziskovalca dr. Bretta Kagana iz Cortical Labs pa dokazuje, da koncept deluje. Njegova ekipa je dokazala, da se normalna, ravna celična kultura, lahko nauči igrati video igro Pong.

»Njegova ekipa to že preizkuša z možganskimi organoidi,« pritrjuje Hartung. »Rekel bi, da ponovitev tega eksperimenta z organoidi že izpolnjuje osnovno definicijo OI. Od tu naprej je to samo stvar izgradnje skupnosti, orodij in tehnologij za uresničitev celotnega potenciala organoidne inteligence.«