Ученые нацелены на прорыв в области биокомпьютеров с использованием клеток человеческого мозга

Ученые предлагают разработать биологический компьютер, работающий на миллионах клеток человеческого мозга, который, по их словам, мог бы превзойти машины на основе кремния, потребляя при этом гораздо меньше энергии.

Международная команда, возглавляемая Университетом Джона Хопкинса в Балтиморе, во вторник опубликовала в журнале Frontiers in Science подробную дорожную карту того, что они называют «органоидным интеллектом». Аппаратное обеспечение будет включать в себя массивы мозговых органоидов — крошечных трехмерных нейронных структур, выращенных из стволовых клеток человека, — подключенных к датчикам и устройствам вывода и обученных с помощью машинного обучения, больших данных и других методов.

Цель состоит в том, чтобы разработать сверхэффективную систему, которая может решать проблемы, недоступные для обычных цифровых компьютеров, и в то же время способствовать развитию нейронауки и других областей медицинских исследований. Амбиции проекта отражают работу над более продвинутыми квантовыми вычислениями, но поднимают этические вопросы, связанные с «сознанием» мозговых органоидных объектов.

«Я ожидаю интеллектуальную динамическую систему, основанную на синтетической биологии, но не ограниченную множеством функций, которые мозг должен выполнять в организме», — сказал профессор Томас Хартунг из Университета Джона Хопкинса, который собрал сообщество из 40 ученых для разработки технологии.

Они подписали «Балтиморскую декларацию», призывающую к дополнительным исследованиям, «чтобы изучить потенциал культур органоидных клеток, чтобы улучшить наше понимание мозга и раскрыть новые формы биокомпьютинга, признавая и устраняя связанные с этим этические последствия».

Хартунг признал, что превращение органоидного интеллекта в коммерческую технологию может занять десятилетия. Вдобавок к научным проблемам существуют этические опасения по поводу создания «разума в тарелке», который может учиться, запоминать и взаимодействовать с окружающей средой — и может развивать сознание даже в рудиментарной форме.

По словам Хартунга, с самого начала проекта применялся подход «встроенная этика», добавив: «Все этические вопросы будут постоянно оцениваться группами, состоящими из ученых, специалистов по этике и общественности».

Мадлен Ланкастер, исследователь органоидов мозга из Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже, не связанная с проектом, скептически отнеслась к его амбициям.

«Это пока научная фантастика, науки здесь еще просто нет», — сказала она. «Есть огромные препятствия, которые необходимо преодолеть, чтобы сделать то, что предлагают авторы».

Карл Фристон, профессор неврологии Университетского колледжа Лондона, который не занимается органоидным интеллектом, был настроен более позитивно. «Это определенно идея, которую стоит реализовать», — сказал он. «Впереди будет много маленьких шагов, но направление движения может быть революционным».

Одним из необходимых шагов, по словам Хартунга, было дать возможность отдельным органоидам расти больше, найдя лучший способ наполнить их питательными веществами в лабораторных чашках. Эти крошечные нейронные конструкции должны быть увеличены с сегодняшних примерно 50 000 клеток до примерно 10 млн, чтобы помочь достичь того, что ученые назвали бы органоидным интеллектом.

Исследователи также разрабатывают технологии, позволяющие связывать органоиды вместе и общаться с ними, посылая им информацию и расшифровывая их «мысли». Лаборатория Хартунга протестировала интерфейс, «гибкую оболочку, плотно покрытую крошечными электродами, которые могут как принимать сигналы от органоида, так и передавать сигналы ему».

Одна из причин обращения к биологическим вычислениям заключается в том, что мозг очень эффективно обрабатывает и хранит информацию. Самый мощный в мире суперкомпьютер Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж в США, введенный в эксплуатацию в прошлом году, по производительности сопоставим с человеческим мозгом — один экзафлопс или миллиард миллиардов операций в секунду, — но потребляет в миллион раз больше энергии.

Первые применения органоидного интеллекта будут в неврологии и медицине. Ученые уже создают органоиды мозга из стволовых клеток, полученных от пациентов с неврологическими заболеваниями, для сравнения со здоровыми людьми и оценки их реакции на лекарства. Органоидный интеллект будет стимулировать исследования когнитивных нарушений, вызванных заболеваниями головного мозга, и их профилактику.

Хотя технология может занять десятилетия, чтобы создать биокомпьютеры, достаточно мощные, чтобы конкурировать с обычными кремниевыми или квантовыми системами в обеспечении таких функций, как искусственный интеллект, сторонники органоидного интеллекта указывают на его огромный и непредсказуемый потенциал.

«Я надеюсь, что мы увидим вещи, которые не будут являться простой копией нормального развития мозга», — сказал Хартунг.