Dodano: 03 marca 2023r.

Biokomputery działające w oparciu o komórki ludzkiego mózgu?

Naukowcy pracujący z organoidami ludzkiego mózgu przedstawili swoje koncepcje dotyczące opracowania biokomputerów działających w oparciu o komórki nerwowe. Taka technologia mogłaby nie tylko znacznie rozszerzyć możliwości nowoczesnych komputerów, ale także otworzyć nowe dziedziny badań.

Biokomputery działające w oparciu o komórki ludzkiego mózgu?

 

Organoidy to hodowane w laboratorium malutkie wersje różnych narządów, które zachowują kluczowe cechy anatomiczne pełnowymiarowych organów. Takie trójwymiarowe modele są nieocenioną pomocą w badaniach, w których użycie żywych mózgów czy nerek jest niemożliwe lub nieetyczne. Uczeni uzyskują żywy narząd do testowania różnych koncepcji. Chodzi tu chociażby o testowanie reakcji na leki lub obserwowanie rozwoju w niesprzyjających warunkach. Badania na organoidach dają naukowcom szansę dogłębnego poznania narządów i zrozumienia przyczyn wielu chorób.

Thomas Hartung z Johns Hopkins University w Baltimore wraz ze swoim zespołem od lat pracuje z organoidami ludzkiego mózgu. To takie mini-mózgi wielkości mniej więcej ziarenka gorczycy, ale posiadające neurony oraz inne cechy, które obiecują podtrzymanie podstawowych funkcji, takich jak uczenie się i zapamiętywanie.

Hartung zaczął hodować organoidy w 2012 roku, tworząc je z komórek z próbek ludzkiej skóry przeprogramowanych w stan podobny do embrionalnych komórek macierzystych. Każdy taki organoid zawiera około 50 tys. różnego typu komórek. Teraz Hartung wraz z kolegami z Uniwersytetu San Diego i Uniwersytetu w Luksemburgu wysnuł koncepcję stworzenia biokomputera, który by działał w oparciu o organoidy ludzkiego mózgu.

Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Frontiers in Science” (DOI: 10.3389/fsci.2023.1017235).

Biokomputer oparty na organoidach mózgu

Pomimo całego postępu technologicznego największą konkurencją dla procesorów wciąż pozostaje biologiczny mózg. Podczas gdy komputery oparte na krzemie niewątpliwie są bardzo szybkie i zdecydowanie lepiej radzą sobie z liczbami, to ludzkie mózgi wciąż są lepsze w uczeniu się. Przykładowo, sztuczna inteligencja o nazwie AlphaGo, która w 2017 roku pokonała najlepszego ludzkiego gracza w grze w Go, ćwiczyła swoje umiejętności na podstawie danych pochodzących z aż 160 tys. gier. Gdyby człowiek miał uczyć się w analogiczny sposób i przeanalizować te wszystkie dane, zakładając, że spędzałby nad tym po 5 godzin dziennie, na rozegranie takiej ilości gier potrzebowałby „jedynie” 175 lat.

Dlaczego zatem nie mielibyśmy wykorzystać drzemiącego w mózgach potencjału? Naukowcy w niedawno opublikowanej pracy zasugerowali możliwość laboratoryjnego hodowania minimózgów, które następnie zostałyby połączone ze sobą, tworząc w ten sposób niezwykle wydajny biokomputer.

Potencjalne ograniczenia

Jak do tej pory organoidy wykorzystywano w celach medycznych, np. przy badaniach nad mikrocefalią oraz nad takimi schorzeniami, jak choroby Alzheimera oraz Parkinsona. Z drugiej strony „uczono” je gry w klasycznego komputerowego Ponga (więcej na ten temat w tekście: Naukowcy nauczyli ludzkie i mysie komórki mózgowe grać w Ponga). Powstało już nawet określenie, mające odróżniać ten rodzaj inteligencji od ludzkiej i sztucznej: inteligencja organoidalna. Istotny w kontekście ich potencjalnego wykorzystania jest fakt, że posiadają one podobnego typu komórki, które umożliwiają ludzkiemu mózgowi zbieranie i zapamiętywanie informacji.

Należy podkreślić, że coraz większymi krokami zbliżamy się do momentu, w którym nie będziemy już mogli dalej ulepszać naszych komputerów. Zwyczajnie niemożliwe stanie się bowiem „upchanie” jeszcze większej liczby tranzystorów w jednym czipie. I tutaj na scenie pojawić się mogą organoidy. Szacuje się, że ludzki mózg jest w stanie zapamiętać 2 500 TB informacji. Do tego połączenia neuronowe mają zupełnie inny charakter niż te, które obserwujemy w przypadku komputerów.

Jednakże nauka może tutaj napotkać na pewną potencjalnie nieprzekraczalną barierę: etyczną. Ilość neuronów w organoidach, które powstały na potrzeby badawcze, była dość ograniczona. Jeżeli miałby z nich powstać biokomputer, konieczne byłoby zwiększenie ich ilości nawet do 10 milionów. I tutaj jest problem, ponieważ pojawić się może pytanie o to, na ile stałby się on świadomy swojego istnienia?

 

Źródło: Johns Hopkins University, Live Science, fot. Jesse Plotkin/Johns Hopkins University