Незважаючи на вражаючу історію AI, його обчислювальна потужність блідне в порівнянні з людським мозком. Тепер вчені розкривають революційний шлях розвитку обчислювальної техніки: органоїдний інтелект, де вирощені в лабораторії органоїди мозку діють як біологічне обладнання
Незважаючи на вражаючу історію AI, його обчислювальна потужність блідне в порівнянні з людським мозком. Тепер вчені розкривають революційний шлях розвитку обчислювальної техніки: органоїдний інтелект, де вирощені в лабораторії органоїди мозку діють як біологічне обладнання
Вчені з різних дисциплін працюють над створенням революційних біокомп’ютерів, у яких тривимірні культури клітин мозку, які називаються мозковими органоїдами, служать біологічним обладнанням. Вони описали свою дорожню карту реалізації цього бачення в журналі Frontiers in Science.
«Ми називаємо цю нову міждисциплінарну галузь „органоїдним інтелектом“ (OI)», — сказав професор Томас Гартунг з Університету Джона Гопкінса.
«Спільнота провідних вчених зібралася, щоб розробити цю технологію, яка, на нашу думку, започаткує нову еру швидких, потужних і ефективних біокомп’ютерів».
Органоїди головного мозку є різновидом клітинної культури, вирощеної в лабораторії. Незважаючи на те, що органоїди мозку не є «міні-мозками», вони мають спільні ключові аспекти функції та структури мозку, такі як нейрони та інші клітини мозку, які є важливими для таких когнітивних функцій, як навчання та пам’ять. Крім того, у той час як більшість клітинних культур плоскі, органоїди мають тривимірну структуру. Це збільшує щільність клітин культури в 1000 разів, що означає, що нейрони можуть утворювати набагато більше зв’язків.
Але навіть якщо органоїди мозку є хорошою імітацією мозку, як вони роблять хороші комп’ютери? Зрештою, хіба комп’ютери не розумніші й швидші за мозок?
«Хоча кремнієві комп’ютери, безперечно, кращі з числами, мозок краще навчається, — пояснив Гартунг. — Наприклад, AlphaGo [ШІ, який переміг першого гравця в Go у 2017 році] навчався на даних 160 000 ігор. Людині довелося б грати п’ять годин на день понад 175 років, щоб відчути цю кількість ігор».
Мозок не тільки краще навчається, але й енергоефективніше. Наприклад, кількість енергії, витраченої на тренування AlphaGo, перевищує кількість, необхідну для підтримки активності дорослої людини протягом десяти років.
«Мозок також має дивовижну здатність зберігати інформацію, яка оцінюється в 2500 ТБ», — додав Хартунг.
«Ми досягаємо фізичних меж кремнієвих комп’ютерів, оскільки ми не можемо упакувати більше транзисторів у крихітний чіп. Але мозок влаштований зовсім по-іншому. Він містить близько 100 мільярдів нейронів, пов’язаних через понад 1015 точок з’єднання. Це величезна різниця в потужності порівняно з нашою поточною технологією».
За словами Гартунга, нинішні органоїди мозку необхідно збільшити для OI. «Вони занадто малі, кожна містить близько 50 000 клітин. Для OI нам потрібно буде збільшити це число до 10 мільйонів», — пояснив він.
Паралельно автори також розробляють технології для спілкування з органоїдами: іншими словами, надсилають їм інформацію та зчитують те, що вони «думають». Автори планують адаптувати інструменти з різних наукових дисциплін, таких як біоінженерія та машинне навчання, а також розробити нові пристрої для стимуляції та запису.
«Ми розробили пристрій інтерфейсу мозок-комп’ютер, який є свого роду шапкою ЕЕГ для органоїдів, яку ми представили в статті, опублікованій минулого серпня. Це гнучка оболонка, яка щільно вкрита крихітними електродами, які можуть як сприймати сигнали від органоїда, так і передавати сигнали йому», — сказав Хартунг.
Автори передбачають, що врешті-решт OI буде інтегрувати широкий спектр інструментів стимуляції та запису. Це організує взаємодію між мережами взаємопов’язаних органоїдів, які здійснюють більш складні обчислення.
Можливості OI виходять за межі обчислювальної техніки — в медицину. Завдяки новаторській техніці, розробленій лауреатами Нобелівської премії Джоном Гердоном і Шиньєю Яманакою, органоїди мозку можна виробляти з тканин дорослої людини. Це означає, що вчені можуть розробити персоналізовані органоїди мозку зі зразків шкіри пацієнтів, які страждають на нервові розлади, такі як хвороба Альцгеймера. Потім вони можуть провести кілька тестів, щоб дослідити, як генетичні фактори, ліки та токсини впливають на ці умови.
«За допомогою OI ми могли б також вивчати когнітивні аспекти неврологічних захворювань», — сказав Хартунг.
«Наприклад, ми могли б порівняти формування пам’яті в органоїдів, отриманих від здорових людей і пацієнтів з хворобою Альцгеймера, і спробувати виправити відносний дефіцит. Ми також могли б використовувати OI, щоб перевірити, чи певні речовини, такі як пестициди, викликають проблеми з пам’яттю або навчанням».
Створення органоїдів людського мозку, здатних навчатися, запам’ятовувати та взаємодіяти з навколишнім середовищем, викликає складні етичні питання. Наприклад, чи могли вони розвинути свідомість, навіть у зачатковій формі? Чи можуть вони відчувати біль чи страждання? І які права будуть у людей щодо органоїдів мозку, виготовлених із їхніх клітин?
Автори усвідомлюють ці проблеми. «Ключовою частиною нашого бачення є розвиток ОІ в етичній та соціально відповідальній манері», — сказав Хартунг.
«З цієї причини ми з самого початку співпрацюємо з фахівцями з етики. Усі етичні питання будуть постійно оцінюватися групами, що складатимуться з науковців, етиків та громадськості, у міру розвитку дослідження».
Незважаючи на те, що ОІ все ще перебуває в зародковому стані, нещодавно опубліковане дослідження одного зі співавторів статті — доктора Бретта Кагана з Cortical Labs — надає підтвердження концепції. Його команда показала, що плоска культура клітин мозку може навчитися грати у відеогру Pong.
«Їхня команда вже перевіряє це з органоїдами мозку», — додав Хартунг. «І я б сказав, що тиражування цього експерименту з органоїдами вже відповідає базовому визначенню OI. З цього моменту залишається лише створити спільноту, інструменти та технології для реалізації повного потенціалу OI», — підсумував він.
