Élő számítógépeket készítenek emberi idegsejtekből

Négy élő neuron nyaláb elektródákhoz csatlakoztatva a FinalSpark Neuroplatform csipjén.

Fotó: FinalSpark

A mesterséges intelligencia rendszerek, még a kifinomult ChatGPT is, ugyanattól a szilícium-alapú hardvertől függ, ami az 1950-es évek óta a számítástechnika alapköve. De mi lenne, ha a számítógépeket élő biológiai anyagból alakítanák? A bioszámítástechnika úttörői, köztük a svájci vállalat, a FinalSpark, ami idén debütált a „Neuroplatform”-jával – egy emberi agy-organoidokkal működő számítógépes platform -, amit a tudósok havi 500 dollárért bérelhetnek az Interneten. Vannak kutatók a tudományos világban és a kereskedelmi szektorban, akik a bioszámítástechnikára fókuszálnak. Ez a módszer szintetikus biológiát alkalmaz, mint például az organoidok, laborban növesztett sejtek miniatűr nyalábjai, hogy számítógépes architektúrát hozzon létre - írja a Scientific American magazin honlapján.

Fred Jordan, a FinalSpark társalapítója úgy tudja, ők az egyetlenek a világon, akik ezt csinálják egy nyilvánosan bérelhető platformon. A FinalSpark a mesterséges intelligencia környezetileg fenntartható módját keresi. A fő céljuk, hogy a mesterséges intelligenciához 100.000-szer kevesebb energiára legyen szükség, mint amennyire most egy korszerű mesterséges intelligencia kiképzésre szükség van.

A Neuroplatform egy sorozat feldolgozó egységet alkalmaz, amely mindegyikében négy gömbölyű agy organoid van. Minden 0.5 milliméter széles organoid nyolc elektródához kapcsolódik, amik elektromosan stimulálják a neuronokat az élő gömbön belül; ezek az elektródák az organoidokat hagyományos számítógép hálózatokkal is összekapcsolják.  A neuronok szelektíven ki vannak téve a jó érzést keltő neurotranszmitter dopaminnak, hogy utánozzák az emberi agy természetes jutalmazó rendszerét. Ez a két iker berendezés – a pozitív dopamin jutalom és az elektromos stimuláció – tanítja az organoid neuronjait, arra ösztökélve őket, hogy alakítsanak új ösvényeket és kapcsolatokat majdnem úgy, ahogyan egy élő emberi agy tanul.

Ha befejezték, ez a képzés végül lehetővé teheti az organoidoknak, hogy utánozzák a szilicium-alapú mesterséges intelligenciát és feldolgozó egységként szolgáljanak ahhoz hasonló funkcióval, mint a mai központi feldolgozó egységeknek és a grafikát feldolgozó egységeknek van.

 

Mostanáig az organoidok és viselkedésük napi 24 órás élő adásban vannak a kutatók (és mindenki más) számára, hogy megfigyeljék. 

 

Az a nagy feladat, hogy megtalálják azt a megfelelő módszert, ami ráveszi a neuronokat, hogy azt csinálják, amit a kutatók akarnak, hogy csináljanak. Már 34 egyetem kutatócsapata kérte, hogy használhassa a FinalSpark bioszámítógépeit, és a vállalat eddig hozzáférést biztosított a Michigani Egyetem, a Berlini Szabadegyetem és hét más intézmény tudósai számára. Mindegyik projektje a bioszámítástechnika más aspektusára fókuszál. Például a Michigani Egyetem az elektromos és kémiaia ösztönzőket vizsgálja, amik az organoid aktivitásának megváltoztatáshoz szükséges, hogy egy organois-specifikus számítógép nyelv építőkockáit létrehozzák. Eközben a németországi Leipzigi Lancaster Egyetem tudósai próbálják az organoidokat különböző mesterséges intelligencia tanulási modellekbe beleilleszteni. 

Négy élő neuron nyaláb elektródákhoz csatlakoztatva a FinalSpark Neuroplatform csipjén.
Fotó: FinalSpark / Scientific American

 

Az organoid számítástechnika nagy léptékben továbbra sem veszi fel a versenyt a szilíciummal. Nincsen standardizált gyártási rendszer. És az élő agy meghal: A FinalSpark organoidjai átlagosan körülbelül 100 napig élnek (és ez figyelemre méltó haladás, az eredeti kísérlet élettartama csak néhány óra volt). 

 

De a Neuroplatform korszerűsítette az organoidok gyártásának házon belüli folyamatát, és létesítményükben jelenleg 2.000-3.000 darab van.

A FinalSpark nincs egyedül az abban való törekvésben, hogy organikus alternatívát találjon a szilícium-alapú számítástechnikára és az agy organoidok nem az egyetlen lehetséges út. Ángel Foni-Moreno a Spanyol Nemzeti Biotechnológiai központ kutatója, aki a sejtes számítástechnikát kutatja, azt mondja, hogy a bioszámítástechnikának vannak különböző sajátosságai, vagy annak, hogy módosított élő sejtek alkalmazzanak olyan rendszerek létrehozására, amik lemásolják a memóriát, a logikai kapukat és más döntéshozó alapokat, amiket ismerünk a hagyományos számítástechnika tudományból. Csapata olyan feladatokat keres, amelyeknél a bioszámítógépek felülmúlják szilícium társaikat, amit ő úgy nevez, hogy dinamikus celluláris fölény. Úgy véli, hogy mivel a celluláris számítógépek reagálnak a környezetükben lévő körülményekre, elősegíthetik a bioremediációt, a károsodott ökoszisztémák helyreállítását. Ez egy olyan terület, ahol a hagyományos számítógépek alapvetően semmit nem tudnak tenni. Ha az ember bedob egy számítógépet egy tóba, nem fogja megtudni belőle a környezet állapotát. 

 

De ha egy bakteriális számítógépet dobunk be, az képes lenne a környezeti körülmények árnyalt olvasására, mivel a sejtek reagálnak a kémiai és más ingerre

.

A FinalSpark idegi organoidjainak egyike, majdnem 1.000-szeresére nagyítva, emberi bőrből vett 10.000 élő idegsejtből készült.
Fotó: FinalSpark / Scientific American

Andrew Adamatzky a Nyugat-Angliai Egyetem munkatársa a gomba számítástechnikai lehetőségeit tanulmányozza. A micéliumnak a neuronokhoz hasonló elektromos potenciálja van. Azt reméli, hogy ezt kihasználva létre tudnak hozni egy agyszerű gombás számítástechnikai rendszert, ami potenciálisan képes tanulni, számításokat tárolni, a mintázatokat felismerni, és még több mindenre. Adamatzky csapata már sikeresen kiképzett gombás hálózatokat, hogy segítsen számítógépes rendszereknek bizonyos matematikai funkciókat teljesíteni. 

 

Azt mondja a gombás számítástechnikának számos előnye van az agy-organoid-alapú számítástechnikával szemben, különösen mert etikailag egyszerű, könnyű termeszteni, környezetileg reziliens, költséghatékony és a létező technológiákkal integrálható.

Bioetikai vita folyik az kultivált emberi idegsejtek nem orvosi célokra való felhasználásáról. A vita tárgya azon aggodalom, hogy vajon a mini agyak tudnak-e tudatosságra ébredni, bár eddig még nincs semmi bizonyíték, hogy ez laborban valaha létrejött volna.

 

(Forrás: Scientific American:  https://www.scientificamerican.com/,   https://archive.ph/