ساخت رایانه بیولوژیکی با سلول های مغز انسان

دانشمندان پیشنهاد کردند یک رایانه بیولوژیکی با میلیون‌ها سلول مغز انسان بسازند که به گفته آنها می‌تواند عملکرد بهتری از ماشین‌های مبتنی بر سیلیکون داشته باشد و انرژی بسیار کمتری مصرف کند.

به گزارش تکناک، تیم بین‌المللی به رهبری دانشگاه جانز هاپکینز در بالتیمور، روز سه‌شنبه در مجله Frontiers in Science یک نقشه راه دقیق برای آنچه که آنها «هوش ارگانوئیدی» می‌نامند منتشر کردند.

این رایانه بیولوژیکی شامل آرایه‌هایی از ارگانوئیدهای مغزی (ساختارهای عصبی سه‌بعدی کوچکی که از سلول‌های بنیادی انسانی رشد می‌کنند) خواهد بود که به حسگرها و دستگاه‌های خروجی متصل می‌شوند و با یادگیری ماشینی، داده‌های بزرگ و تکنیک‌های دیگر آموزش می‌بینند.

هدف توسعه یک سیستم فوق کارآمد است که بتواند مشکلاتی را که خارج از دسترس رایانه های دیجیتال معمولی است حل کند و در عین حال به توسعه در علوم اعصاب و سایر زمینه های تحقیقات پزشکی کمک کند. بازتاب های جاه‌طلبانه این پروژه محاسبات کوانتومی پیشرفته‌تر خواهد بود، اما سوالات اخلاقی را در مورد آگاهی مجموعه‌های ارگانوئیدی مغز مطرح می‌کنند.

پروفسور توماس هارتانگ از جانز هاپکینز که جامعه ای متشکل از 40 دانشمند را برای توسعه این رایانه بیولوژیکی گرد هم آورده است، گفت: من انتظار دارم یک سیستم پویای هوشمند مبتنی بر زیست شناسی مصنوعی باشد، اما توسط عملکردهای زیادی که مغز باید در یک ارگانیسم انجام دهد، محدود نمی شود.

آنها اعلامیه بالتیمور را امضا کردند که برای کشف پتانسیل کشت‌های سلولی ارگانوئید برای ارتقای درک ما از مغز و راه‌اندازی اشکال جدیدی از محاسبات زیستی در حین شناخت و پرداختن به پیامدهای اخلاقی مرتبط خواستار تحقیقات بیشتری است.

هارتانگ اذعان داشت که توسعه هوش ارگانوئیدی به یک فناوری تجاری ممکن است چندین دهه طول بکشد. علاوه بر چالش‌های علمی، نگرانی‌های اخلاقی در مورد ایجاد «هوش در ظرف» وجود دارد که می‌تواند یاد بگیرد، به خاطر بسپارد و با محیط خود تعامل داشته باشد و می‌تواند آگاهی را حتی به شکل ابتدایی توسعه دهد.

هارتانگ گفت که رویکرد «اخلاق تعبیه‌شده» از زمان راه‌اندازی این پروژه وجود داشت و افزود: تمامی مسائل اخلاقی به‌طور مستمر توسط تیم‌هایی متشکل از دانشمندان، متخصصان اخلاق و مردم مورد ارزیابی قرار خواهند گرفت.

مادلین لنکستر، محقق ارگانوئیدی مغز در آزمایشگاه بیولوژی مولکولی در کمبریج، که با این پروژه ارتباطی ندارد، در مورد جاه طلبی های آن تردید داشت. او گفت: این واقعاً بسیار علمی تخیلی است و اگرچه جالب است، اما علم هنوز وجود ندارد. برای انجام آنچه نویسندگان پیشنهاد می کنند، موانع بزرگی وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد.

کارل فریستون، استاد علوم اعصاب در دانشگاه کالج لندن، که در هوش ارگانوئیدی مشارکتی ندارد، مثبت‌تر بود. او گفت: این قطعا ایده ای است که ارزش پیگیری دارد. گام‌های زیادی در راه است، اما مسیر سفر می‌تواند انقلابی باشد.

به گفته هارتانگ، یکی از گام‌های ضروری این بود که ارگانوئیدها در ظروف آزمایشگاهی، بزرگ‌تر شوند. این ساختارهای عصبی کوچک باید از حدود 50،000 سلول امروزی به حدود 10 میلیون افزایش یابند تا به آنچه دانشمندان به عنوان هوش ارگانوئیدی می شناسند کمک کنند.

محققان همچنین در حال توسعه فناوری هایی برای پیوند دادن ارگانوئیدها و برقراری ارتباط با آنها، ارسال اطلاعات و رمزگشایی افکار آنها هستند. آزمایشگاه هارتانگ یک رابط را آزمایش کرده است، یک پوسته انعطاف پذیر که به طور متراکم با الکترودهای کوچک پوشیده شده است که هم می تواند سیگنال ها را از ارگانوئید بگیرد و هم سیگنال ها را به آن منتقل کند.

یکی از دلایل روی آوردن به محاسبات بیولوژیکی این است که مغز اطلاعات را بسیار کارآمد پردازش و ذخیره می کند. قدرتمندترین ابررایانه جهان، ماشین فرانتیر در آزمایشگاه ملی Oak Ridge در ایالات متحده، که سال گذشته عملیاتی شد، با یک مغز انسان برای قدرت پردازش، معادل یک اگزافلاپ یا یک میلیارد میلیارد عملیات در ثانیه مطابقت دارد اما یک میلیون برابر بیشتر انرژی مصرف می کند.

اولین کاربردهای هوش ارگانوئید در علوم اعصاب و پزشکی خواهد بود. دانشمندان در حال حاضر در حال ساخت ارگانوئیدهای مغزی از سلول های بنیادی مشتق شده از بیماران مبتلا به بیماری های عصبی هستند تا با افراد سالم مقایسه کنند و پاسخ آنها به داروها را ارزیابی کنند. هوش ارگانوئیدی تحقیقات در مورد اختلالات شناختی ناشی از بیماری‌های مغزی و پیشگیری از آن را افزایش می‌دهد.

در حالی که این فناوری ممکن است چندین دهه طول بکشد تا رایانه های زیستی را به اندازه کافی قدرتمند ارائه کند تا با سیستم های سیلیکونی یا کوانتومی معمولی در ارائه عملکردهایی مانند هوش مصنوعی رقابت کند، طرفداران هوش ارگانوئید به پتانسیل عظیم و غیرقابل پیش بینی آن اشاره می کنند.

هارتانگ گفت: امیدوارم چیزهایی را ببینیم که فقط کپی رشد طبیعی مغز نیستند.