'Živa' računala? Znanstvenici spajaju mini 'ljudske mozgove' s čipovima i računalima

Švicarski FinalSpark i partnerski timovi rade s organoidima – nakupinama živih ljudskih moždanih stanica uzgojenih iz matičnih stanica kože – koje spajaju na elektrode i koriste za izvođenje jednostavnih računalnih zadataka. Ova se tehnologija naziva biokomputing ili “wetware” i temelji se na ideji da bi se biološka učinkovitost ljudskog mozga mogla iskoristiti za stvaranje potpuno nove vrste procesora.

FinalSpark, start-up sa sjedištem u švicarskom gradu Veveyu, jedan je od pionira u ovom području. Tvrtku je suosnovao dr. Fred Jordan, koji je za AFP izjavio: “Umjesto da pokušavamo oponašati mozak silicijem, upotrijebimo stvarni mozak.” Organoidi koje koriste nastaju od ljudskih kožnih stanica, koje se reprogramiraju u matične stanice, a zatim razvijaju u neurone. Svaki organoid, veličine otprilike mozga voćne mušice, sadrži oko 10.000 neurona, što je mali dio od 100 milijardi neurona u ljudskom mozgu, ali može pokazivati osnovne oblike učenja i reakcije na električnu stimulaciju.

U laboratoriju FinalSparka organoidi se održavaju na životu u hranjivoj tekućini i povezani su s elektrodama koje omogućuju dvosmjernu komunikaciju između živih stanica i računala. Kada znanstvenik pošalje električni impuls, neuroni reagiraju aktivnošću koja se može usporediti s binarnim jedinicama i nulama u digitalnom računanju. BBC-jeva znanstvena urednica Zoe Kleinman opisala je iskustvo tipkanja na tipkovnici koje je pokretalo impulse u organoid, pri čemu se na ekranu mogla vidjeti slaba promjena u neuralnoj aktivnosti, slična EEG zapisu.

U laboratoriju u Veveyu Jordan otvara vrata inkubatora u kojem se nalazi 16 organoida povezanih mrežom cjevčica. Linije na ekranu pored inkubatora odjednom počinju naglo skakati, pokazujući porast neuralne aktivnosti. Znanstvenici ne znaju zašto se to događa – organoidi nemaju osjetila, pa reakcija ostaje neobjašnjena. “Još uvijek ne razumijemo kako detektiraju to otvaranje,” rekao je Jordan.

Istraživači istražuju načine kako učiniti da ti mini-moždani sklopovi učinkovitije uče. Neki su eksperimenti pokazali da se organoidi mogu “nagraditi” dopaminom, prirodnim neurotransmiterom povezanim s užitkom i motivacijom, čime se potiče željena neuralna aktivnost. Takav pristup oponaša način na koji ljudski mozak uči kroz sustav nagrade i motivacije.

Prema Jordanu, biološki neuroni milijun su puta energetski učinkovitiji od umjetnih, što bi moglo omogućiti razvoj procesora koji troše daleko manje energije od današnjih AI čipova. Upravo bi biokomputing mogao pomoći u ublažavanju sve većih energetskih zahtjeva umjetne inteligencije, koji već utječu na klimatske ciljeve i potiču neke tehnološke divove da pribjegnu nuklearnoj energiji.

Održavanje ovih živih računala iznimno je osjetljivo. Organoidi nemaju krvne žile i ne mogu se ponovno pokrenuti nakon što umru. Profesor Simon Schultz s Imperial Collegea u Londonu za BBC je rekao da znanstvenici još ne znaju kako ih u potpunosti održavati, što predstavlja glavni izazov. FinalSparkovi organoidi trenutno mogu preživjeti do četiri do šest mjeseci. Prije nego što uginu, istraživači ponekad bilježe nagli porast neuralne aktivnosti, što Jordan opisuje kao “posljednji val” prije smrti.

FinalSpark surađuje s deset sveučilišta diljem svijeta, a na njihovoj se web-stranici može pratiti prijenos uživo neuronske aktivnosti. Jedan od suradnika, istraživač Benjamin Ward-Cherrier sa Sveučilišta u Bristolu, koristio je jedan organoid kao “mozak” jednostavnog robota koji je mogao razlikovati Brailleova slova. Upozorio je, međutim, da je rad s takvim sustavima izuzetno zahtjevan jer je teško kodirati podatke koje bi organoid mogao “razumjeti”, a zatim tumačiti njegov izlaz.

Slične eksperimente provode i drugi istraživači. Na Sveučilištu Johns Hopkins u SAD-u dr. Lena Smirnova koristi organoide za proučavanje neuroloških poremećaja poput autizma i Alzheimerove bolesti, s ciljem razvoja novih terapija. Ona smatra da je biokomputing zasad više “vizija budućnosti” nego praktična zamjena za silicijske čipove, ali da bi se to moglo značajno promijeniti u sljedeća dva desetljeća.

Znanstvenici naglašavaju da ovi mini-moždani sklopovi nisu svjesni. Organoidi nemaju receptore za bol ni strukture potrebne za svijest. FinalSpark surađuje s etičarima kako bi istraživanja ostala u jasno definiranim moralnim okvirima.