Нова галузь обчислень на основі клітин людського мозку: «органоїдний інтелект»

За словами дослідників з Університету Джона Хопкінса, «біокомп’ютер», що працює на клітинах людського мозку, може бути розроблений протягом нашого життя. Очікується, що ця технологія експоненціально розширить можливості сучасних комп’ютерів і відкриє нові сфери досліджень. План команди щодо «органоїдного інтелекту» був викладений у нещодавній статті, опублікованій в журналі Frontiers in Science.

«Комп’ютери та штучний інтелект були рушійною силою технологічної революції, але вони досягли межі», — сказав Томас Хартунг, професор наук про здоров’я навколишнього середовища в Школі громадської охорони здоров’я Джона Хопкінса Блумберга та Інженерній школі Уайтинга, який очолює роботу. «Біокомп’ютери — це величезні зусилля зі стиснення обчислювальної потужності та підвищення її ефективності, щоб подолати наші поточні технологічні обмеження».

Протягом майже двох десятиліть вчені використовували крихітні органоїди, вирощену в лабораторії тканину, схожу на повністю вирощені органи, для експериментів на нирках, легенях та інших органах, не вдаючись до тестування на людях чи тваринах. Зовсім недавно Хартунг і його колеги з Джонса Хопкінса працювали з органоїдами мозку, кулями розміром з крапку ручки з нейронами та іншими функціями, які обіцяють підтримувати основні функції, такі як навчання та запам’ятовування.

«Це відкриває можливість дослідження того, як працює людський мозок», — сказав Хартунг. «Тому що ви можете почати маніпулювати системою, роблячи те, що ви етично не можете робити з людським мізком».

Хартунг почав вирощувати та збирати клітини мозку у функціональні органоїди в 2012 році, використовуючи клітини зі зразків шкіри людини, перепрограмовані в стан, подібний до ембріональних стовбурових клітин. Кожен органоїд містить близько 50 000 клітин, розміром приблизно з нервову систему плодової мушки. Тепер він передбачає створення футуристичного комп’ютера з такими органоїдами мозку.

Комп’ютери, які працюють на цьому «біологічному апаратному забезпеченні», можуть у наступне десятиліття почати зменшувати потреби суперкомп’ютерів у споживанні енергії, які стають все більш нежиттєздатними, сказав Гартунг. Не зважаючи на те, що комп’ютери обробляють обчислення з числами та даними швидше, ніж люди, мозок набагато розумніший у прийнятті складних логічних рішень, як-от відрізнити собаку від кота.

«Мозок все ще не має рівних сучасним комп’ютерам», — сказав Гартунг. «Frontier, найновіший суперкомп’ютер у Кентуккі, коштує 600 мільйонів доларів і має площу 6800 квадратних футів. Лише в червні минулого року він вперше перевищив обчислювальну потужність одного людського мозку, але споживав у мільйон разів більше енергії».

За словами Гартунга, можуть пройти десятиліття, перш ніж органоїдний інтелект зможе привести в дію систему, розумну як миша. Але, збільшуючи виробництво органоїдів мозку та навчаючи їх за допомогою штучного інтелекту, він передбачає майбутнє, де біокомп’ютери підтримуватимуть чудову швидкість обчислення, потужність обробки, ефективність даних і можливості зберігання.

«Потрібні будуть десятиліття, перш ніж ми досягнемо чогось, порівнянного з будь-яким типом комп’ютера», — сказав Хартунг. «Але якщо ми не почнемо створювати для цього програми фінансування, це буде набагато складніше».

Органоїдний інтелект може також революціонізувати дослідження тестування ліків на розлади розвитку нервової системи та нейродегенерацію, сказала Лена Смирнова, доцент кафедри здоров’я навколишнього середовища та інженерії Джона Хопкінса, яка є одним із керівників дослідження.

«Ми хочемо порівняти органоїди мозку від типово розвинених донорів з органоїдами мозку від донорів з аутизмом», — сказала Смирнова. «Інструменти, які ми розробляємо для біологічних обчислень, — це ті самі інструменти, які дозволять нам зрозуміти зміни в нейронних мережах, характерних для аутизму, без використання тварин або доступу до пацієнтів, щоб ми могли зрозуміти механізми, що лежать в основі того, чому пацієнти мають таке пізнання. проблеми та порушення».

Щоб оцінити етичні наслідки роботи з органоїдним інтелектом, до команди було включено різноманітний консорціум вчених, біоетиків та представників громадськості.