Ученые, работающие с органоидами человеческого мозга, представили свои идеи по созданию биокомпьютеров на основе нервных клеток. Такая технология могла бы не только значительно расширить возможности современных компьютеров, но и открыть новые области исследований.
Органоиды — это выращенные в лаборатории крошечные версии различных органов, которые сохраняют ключевые анатомические особенности полноразмерных органов. Такие трехмерные модели оказывают неоценимую помощь в исследованиях, где использование живого мозга или почек невозможно или неэтично. Ученые получают живой орган для проверки различных концепций. Сюда входит, например, проверка реакции на лекарства или наблюдение за развитием в неблагоприятных условиях. Исследования органоидов дают ученым возможность глубже понять органы и понять причины многих заболеваний.
Томас Хартунг из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе и его команда уже много лет работают с органоидами человеческого мозга. Это мини-мозг размером с горчичное зерно, но с нейронами и другими функциями, которые обещают поддерживать основные функции, такие как обучение и память.
Хартунг начал выращивать органоиды в 2012 году, создавая их из клеток образцов человеческой кожи, перепрограммированных в состояние, подобное эмбриональным стволовым клеткам. Каждый такой органоид содержит около 50 тыс. различные типы клеток. Теперь Хартунгу и его коллегам из Университета Сан-Диего и Люксембургского университета пришла в голову идея создания биокомпьютера, который бы работал на органоидах человеческого мозга.
Описание и результаты исследования опубликованы в журнале «Frontiers in Science» ( DOI: 10.3389/fsci.2023.1017235 ).
Биокомпьютер на основе органоидов мозга
Несмотря на весь технический прогресс, самым большим конкурентом процессоров по-прежнему остается биологический мозг. В то время как компьютеры на основе кремния, несомненно, очень быстры и намного лучше справляются с числами, человеческий мозг по-прежнему лучше обучается. Например, искусственный интеллект под названием AlphaGo, победивший в 2017 году лучшего игрока в го среди людей, тренировал свои навыки на основе данных аж 160 000 человек. игры. Если бы человек таким же образом учился и анализировал все эти данные, предполагая, что он будет тратить на это по 5 часов в день, ему понадобилось бы «всего» 175 лет, чтобы сыграть в такое количество игр.
Так почему бы нам не использовать потенциал нашего мозга? Исследователи в недавно опубликованной статье предположили возможность культивирования минимозгов в лаборатории, которые затем будут связаны друг с другом, создавая чрезвычайно мощный биокомпьютер.
Возможные ограничения
До сих пор органоиды использовались в медицинских целях, например, в исследованиях микроцефалии и таких заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона. С другой стороны, их «научили» играть в классический компьютерный понг (подробнее об этом в тексте: Ученые научили клетки мозга человека и мыши играть в понг ). Существует даже термин, чтобы отличить этот тип интеллекта от человеческого и искусственного интеллекта: органоидный интеллект. Важным в контексте их потенциального использования является тот факт, что они имеют схожий тип клеток, которые позволяют человеческому мозгу собирать и запоминать информацию.
Следует подчеркнуть, что мы все ближе и ближе подходим к тому моменту, когда уже не сможем улучшать наши компьютеры. «Впихнуть» еще больше транзисторов в одну микросхему будет просто невозможно. И тут на сцену могут выступить органоиды. Подсчитано, что человеческий мозг способен запомнить 2500 ТБ информации. Кроме того, нейронные связи имеют совершенно иную природу, чем те, которые мы наблюдаем в компьютерах.
Однако здесь наука может столкнуться с потенциально непреодолимым барьером: этическим. Количество нейронов в органоидах, созданных для исследовательских целей, было весьма ограниченным. Если бы их нужно было использовать для создания биокомпьютера, то пришлось бы увеличить их число даже до 10 миллионов. И вот в чем проблема, потому что может возникнуть вопрос, насколько он осознает свое существование?
