(CNN) Komputery napędzane ludzkimi komórkami mózgowymi mogą brzmieć jak science fiction, ale zespół naukowców z USA uważa, że takie maszyny, będące częścią nowej dziedziny zwanej „inteligencją organiczną”, mogą kształtować przyszłość — a teraz mają plan, aby się tam dostać .
Organelle to hodowane w laboratorium tkanki, które wyglądają jak narządy. Te trójwymiarowe struktury, zwykle pochodzące z komórek macierzystych, są używane w laboratoriach od prawie dwóch dekad, ponieważ naukowcom udało się uniknąć szkodliwych testów na ludziach lub zwierzętach, eksperymentując z funkcją nerek, płuc i innych narządów.
Organoidy mózgowe w rzeczywistości nie wyglądają jak maleńkie wersje ludzkiego mózgu, ale hodowle komórkowe wielkości długopisu zawierają neurony zdolne do wykonywania funkcji podobnych do mózgu i tworzą dużą liczbę połączeń.
Naukowcy nazywają to zjawisko „inteligencją na talerzu”.
Ten powiększony obraz przedstawia organoid mózgowy wyprodukowany w laboratorium Hartunga. Hodowlę barwiono, aby pokazać neurony na fioletowo, jądra komórkowe na niebiesko i inne komórki podtrzymujące na czerwono i zielono.
Dr Thomas Hartung, profesor zdrowia środowiskowego i inżynierii w Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health i Whiting School of Engineering w Baltimore, zaczął hodować organoidy mózgowe, modyfikując próbki ludzkiej skóry w 2012 roku.
On i jego koledzy wyobrażają sobie połączenie mocy organoidów mózgowych w rodzaj biologicznego urządzenia bardziej energooszczędnego niż superkomputery. Te „biokomputery” będą wykorzystywać sieci organoidów mózgowych, aby potencjalnie zrewolucjonizować testy farmaceutyczne pod kątem takich chorób, jak m.in choroba AlzheimeraZapewnia wgląd w ludzki umysł i zmienia przyszłość informatyki.
Badania opisujące plan inteligencji organicznej opracowany przez Hartunga i jego współpracowników zostały opublikowane we wtorek w czasopiśmie granice w nauce.
„Przetwarzanie danych i sztuczna inteligencja napędzają rewolucję technologiczną, ale osiągnęły granicę” – powiedział Hartung, starszy autor badania, w oświadczeniu. „Biocomputing to ogromny wysiłek mający na celu skompresowanie mocy obliczeniowej i zwiększenie jej wydajności poza nasze obecne ograniczenia technologiczne”.
Ludzki mózg kontra sztuczna inteligencja
Chociaż sztuczna inteligencja jest inspirowana ludzkimi procesami myślowymi, technologia ta nie jest w stanie w pełni odtworzyć wszystkich możliwości ludzkiego mózgu. Ta luka jest powodem, dla którego ludzie mogą używać obrazkowej lub tekstowej captcha lub w pełni zautomatyzowanego ogólnego testu Turinga, aby odróżnić komputery od ludzi, jako środek bezpieczeństwa online, aby udowodnić, że nie są botami.
Test Turinga, znany również jako gra imitacji, został opracowany w 1950 roku przez brytyjskiego matematyka i informatyka. Alana Turinga Aby ocenić, w jaki sposób maszyny wykazują inteligentne zachowanie podobne do ludzkiego.
Ale w jaki sposób komputer naprawdę zestawia się z ludzkim mózgiem?
Superkomputer może przetwarzać ogromne ilości liczb szybciej niż człowiek.
„Na przykład AlphaGo (sztuczna inteligencja, która pokonała gracza nr 1 na świecie w Go w 2017 r.) została przeszkolona na danych ze 160 000 gier” — powiedział Hartung. „Osoba musiałaby grać pięć godzin dziennie przez ponad 175 lat, aby doświadczyć tych wielu gier”.
Z drugiej strony ludzki mózg jest bardziej energooszczędny, a także lepiej się uczy i podejmuje złożone logiczne decyzje. Coś tak podstawowego, jak umiejętność odróżnienia jednego zwierzęcia od drugiego, jest zadaniem, które ludzki mózg może z łatwością wykonać, a komputer nie.
Granica 600 milionów dolarów Superkomputer w Oak Ridge National Laboratory W Tennessee waży 8000 funtów (3629 kg), a każda szafka waży równowartość dwóch standardowych pickupów. Hartung powiedział, że w czerwcu maszyna przekroczyła możliwości obliczeniowe pojedynczego ludzkiego mózgu – ale zużywała milion razy więcej energii.
„Mózg wciąż nie ma sobie równych w nowoczesnych komputerach” – powiedział Hartung.
„Mózgi mają również oszałamiającą pojemność 2500 (terabajtów) informacji” – dodał. „Docieramy do fizycznych granic komputerów krzemowych, ponieważ nie możemy zmieścić większej liczby tranzystorów w małym chipie”.
Jak działa biokomputer?
Pionierzy komórek macierzystych John B. Gordona i Shinyi Yamanaki Zdobył Nagrodę Nobla w 2012 r. w celu opracowania technologii umożliwiającej tworzenie komórek z w pełni rozwiniętych tkanek, takich jak skóra. Przełomowe badania umożliwiły naukowcom takim jak Hartung opracowanie organoidów mózgowych, które są używane do naśladowania żywych mózgów oraz do testowania i identyfikowania leków, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia mózgu.
Hartung od lat pracuje z organoidami mózgowymi.
Hartung wspomina, że inni badacze zapytali go, czy podobne do mózgu organoidy mogą myśleć lub osiągać świadomość. To pytanie skłoniło go do rozważenia podawania organelli informacji o ich środowisku i sposobach interakcji z nimi.
„To otwiera badania nad tym, jak działa ludzki mózg” – powiedział Hartung, który jest także współdyrektorem Centrum Alternatyw dla Eksperymentów na Zwierzętach w Europie. „Ponieważ możesz zacząć manipulować systemem, robić rzeczy, których nie można etycznie zrobić z ludzkimi umysłami”.
Hartung definiuje inteligencję organiczną jako „odtwarzanie funkcji poznawczych, takich jak uczenie się i przetwarzanie sensoryczne, w laboratoryjnym modelu człowieka i mózgu”.
Organelle mózgowe, których obecnie używa Hartung, muszą zostać rozszerzone na OI, czyli inteligencję organiczną. Każda organella zawiera tyle komórek, ile można znaleźć w układzie nerwowym muszki owocowej. A Pojedyncze organiczne Ludzki mózg ma około jednej do trzech milionowych wielkości ludzkiego mózgu, co oznacza, że odpowiada około 800 megabajtom pamięci.
„Są bardzo małe, każda zawiera około 50 000 komórek. W przypadku OI musielibyśmy zwiększyć tę liczbę do 10 milionów” – powiedział.
Naukowcy potrzebują również sposobów komunikowania się z organellami, aby przesyłać im informacje i otrzymywać odczyty tego, co organizmy „myślą”. Autorzy badania opracowali plan, który obejmuje narzędzia z bioinżynierii i uczenia maszynowego, a także nowatorskie innowacje. Umożliwienie różnych typów wejść i wyjść przez sieci organoidów, jak napisali naukowcy w badaniu, pozwoliłoby na bardziej złożone zadania.
Opracowaliśmy plik Urządzenie interfejsu mózg-komputer Jest to rodzaj czapki elektroencefalograficznej (EEG) dla organoidów, powiedział Hartung, którą przedstawiliśmy w artykule opublikowanym w sierpniu ubiegłego roku. „Jest to elastyczna skorupa gęsto pokryta maleńkimi elektrodami, które mogą odbierać sygnały z organoidu i przekazywać je do niego”.
Hartung ma nadzieję, że pewnego dnia powstanie przydatny kanał komunikacji między sztuczną inteligencją a OI, „który pozwoli im na wzajemne odkrywanie swoich możliwości”.
Sposoby korzystania z OI
Naukowcy stwierdzili, że najbardziej wpływowy wkład inteligencji organicznej można zaobserwować w medycynie człowieka.
Organoidy mózgowe można opracować z próbek skóry pacjentów z zaburzeniami neurologicznymi, co pozwala naukowcom przetestować wpływ różnych leków i innych czynników.
„Dzięki OI możemy również badać kognitywne aspekty stanów neurologicznych” – powiedział Hartung. „Możemy na przykład porównać formowanie się pamięci w organellach pochodzących od zdrowych ludzi i od pacjentów z chorobą Alzheimera i spróbować naprawić względne deficyty. Możemy również użyć OI do sprawdzenia, czy pewne substancje, takie jak pestycydy, powodują problemy z pamięcią lub uczeniem się”.
Organoidy mózgowe mogą również otworzyć nowy sposób rozumienia ludzkiego poznania.
„Chcemy porównać organoidy mózgowe od typowych dawców rozwojowych z organoidami mózgowymi od dawców autystycznych” – powiedziała w oświadczeniu Lena Smirnova, adiunkt zdrowia środowiskowego i inżynierii na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa.
„Narzędzia, które rozwijamy w kierunku biokomputerów, to te same narzędzia, które pozwolą nam zrozumieć zmiany w sieciach neuronowych autyzmu, bez konieczności wykorzystywania zwierząt lub dostępu do pacjentów, abyśmy mogli zrozumieć mechanizmy stojące za tym, dlaczego pacjenci nabywają te funkcje poznawcze, ” powiedziała.
Wykorzystanie organoidów mózgowych do tworzenia inteligencji organicznej jest wciąż w powijakach. Opracowanie OI porównywalnego z komputerem o mocy mózgu myszy może zająć dziesięciolecia, powiedział Hartung.
Ale są już obiecujące wyniki, które pokazują, co jest możliwe. Współautor badania, dr Brett Kagan, dyrektor naukowy Cortical Labs w Melbourne w Australii i jego zespół niedawno wykazali, że Komórki mózgowe mogą nauczyć się grać w pongagra wideo.
„Ich zespół już to testuje z organoidami mózgowymi” – powiedział Hartung. „Powiedziałbym, że replikacja tego eksperymentu z organellami naprawdę spełnia podstawową definicję OI. Odtąd to tylko kwestia budowania społeczności, narzędzi i technik, aby w pełni wykorzystać potencjał OI”.
Etyka organelli mózgowych
Tworzenie organoidów mózgowych zdolnych do funkcji poznawczych budzi szereg wątpliwości etycznych, w tym to, czy mogą one rozwijać świadomość lub odczuwać ból, a także czy ci, których komórki zostały użyte do ich wytworzenia, mają jakiekolwiek prawa do organoidów.
„Kluczową częścią naszej wizji jest rozwijanie OI w sposób etyczny i odpowiedzialny społecznie” — powiedział Hartung. „Z tego powodu od samego początku współpracowaliśmy z etykami, aby ustanowić podejście „etyki wbudowanej”. Wszystkie kwestie etyczne będą stale oceniane przez zespoły złożone z naukowców, etyków i ogólnych, w miarę rozwoju badań. ”
Zaangażowanie opinii publicznej w zrozumienie i rozwój inteligencji organicznej ma kluczowe znaczenie, pisze Julian Kinderler, emerytowany profesor prawa własności intelektualnej na Uniwersytecie w Kapsztadzie w RPA, w oddzielnie opublikowanym spostrzeżeniu politycznym. Kinderlerer nie był zaangażowany w nowe badanie OI.
„Wkraczamy w nowy świat, w którym interakcje między ludźmi a ludzkimi konstrukcjami zacierają różnice” – napisał Kinderler. „Społeczeństwo nie może biernie czekać na nowe odkrycia; musi być zaangażowane w identyfikowanie i rozwiązywanie potencjalnych dylematów etycznych oraz upewnianie się, że każdy eksperyment mieści się w granicach etycznych, które jeszcze nie zostały określone”.
Obserwuj ewolucję Sztuczna inteligencja, taka jak ChatGPT Jak blisko są komputery do zdania testu Turinga, niektórzy zastanawiają się, jak blisko są komputery do zdania testu Turinga, Gary Miller, prodziekan ds. strategii badawczej i innowacji oraz profesor nauk o zdrowiu środowiskowym na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku, napisał w osobny artykuł opublikowany we wtorek. Miller nie był zaangażowany w badanie Johnsa Hopkinsa.
Sieci organoidów mózgowych mogą pewnego dnia zostać wykorzystane do obsługi biokomputerów.
Napisał, że chociaż ChatGPT może skutecznie gromadzić informacje w Internecie, nie może reagować na zmianę temperatury, tak jak może to zrobić wyhodowany system komórkowy.
„Systemy metabrane mogą wykazywać kluczowe aspekty inteligencji i świadomości” — pisze Miller.
„Wymaga to solidnego zbadania etycznych implikacji technologii, w które muszą być włączeni etycy. Musimy zapewnić, że każdy etap procesu jest prowadzony z rzetelnością naukową, uznając, że większym problemem jest potencjalny wpływ na społeczeństwo. OI zaciera granica między ludzkim poznaniem a inteligencją maszynową, a technologia i biologia rozwijają się z prędkością, która może wyprzedzić wymagane debaty etyczne i moralne. Ta wschodząca dziedzina musi i musi przyjąć energiczne podejście do rozwiązywania problemów moralnych i etycznych, które wiążą się z tego rodzaju postępu naukowego, zanim technologia wpadnie w moralną otchłań”.