Биокомпьютеры будущего: Мозговые клетки в компьютере

"Биокомпьютер", работающий на клетках человеческого мозга, может быть разработан в течение нашей жизни, считают исследователи из Университета Джона Хопкинса, которые ожидают, что такая технология экспоненциально расширит возможности современных вычислений и создаст новые области исследований.

Сегодня команда излагает свой план "органоидного интеллекта" в журнале Frontiers in Science.

"Вычислительная техника и искусственный интеллект были движущей силой технологической революции, но они достигли предела", - сказал Томас Хартунг, профессор наук об охране окружающей среды в Школе общественного здравоохранения Джона Хопкинса Блумберга и Инженерной школе Уайтинга, который возглавляет работу. "Биокомпьютеры - это огромные усилия по сокращению вычислительной мощности и повышению ее эффективности, чтобы преодолеть наши текущие технологические ограничения".

В течение почти двух десятилетий ученые использовали крошечные органоиды, выращенные в лаборатории ткани, напоминающие полностью выращенные органы, для экспериментов на почках, легких и других органах, не прибегая к тестированию на людях или животных. Совсем недавно Хартунг и его коллеги из Университета Джона Хопкинса работали с органоидами мозга, шарами размером с авторучку с нейронами и другими функциями, которые обещают поддерживать базовые функции, такие как обучение и запоминание.

"Это открывает путь к исследованию того, как работает человеческий мозг", - сказал Хартунг. "Потому что вы можете начать манипулировать системой, делать вещи, которые вы не можете этически делать с человеческим мозгом".

Хартунг начал выращивать и собирать клетки мозга в функциональные органоиды в 2012 году, используя клетки из образцов кожи человека, перепрограммированные в состояние, подобное эмбриональным стволовым клеткам. Каждый органоид содержит около 50 000 клеток, размером примерно с нервную систему плодовой мушки. Теперь он представляет себе создание футуристического компьютера с такими органоидами мозга.

Компьютеры, работающие на этом "биологическом оборудовании", могут в следующем десятилетии начать снижать энергопотребление суперкомпьютеров, которые становятся все более неустойчивыми, сказал Хартунг. Несмотря на то, что компьютеры обрабатывают вычисления с использованием чисел и данных быстрее, чем люди, мозг намного умнее в принятии сложных логических решений, например, отличая собаку от кошки.

"Мозг по-прежнему не имеет себе равных среди современных компьютеров", - сказал Хартунг. "Frontier, новейший суперкомпьютер в Кентукки, стоимостью 600 миллионов долларов, площадью 6 800 квадратных футов. Только в июне прошлого года он впервые превысил вычислительные возможности одного человеческого мозга, но потреблял в миллион раз больше энергии ".

По словам Хартунга, могут пройти десятилетия, прежде чем органоидный интеллект сможет управлять системой, столь же умной, как мышь. Но, расширяя производство органоидов мозга и обучая их искусственному интеллекту, он предвидит будущее, в котором биокомпьютеры будут поддерживать превосходную скорость вычислений, вычислительную мощность, эффективность обработки данных и возможности хранения.

"Потребуются десятилетия, прежде чем мы достигнем цели создания чего-то, сравнимого с любым типом компьютера", - сказал Хартунг. "Но если мы не начнем создавать программы финансирования для этого, это будет намного сложнее".

Органоидный интеллект также может революционизировать исследования по тестированию на наркотики для выявления нарушений развития нервной системы и нейродегенерации, сказала Лена Смирнова, доцент кафедры гигиены окружающей среды и инженерии Университета Джона Хопкинса, которая руководит исследованиями.

"Мы хотим сравнить органоиды мозга от доноров с типичным развитием и органоиды мозга от доноров с аутизмом", - сказала Смирнова. "Инструменты, которые мы разрабатываем для биологических вычислений, - это те же инструменты, которые позволят нам понять изменения в нейронных сетях, характерные для аутизма, без использования животных или доступа к пациентам, чтобы мы могли понять основные механизмы, объясняющие, почему у пациентов возникают эти когнитивные проблемы и нарушения".

Для оценки этических последствий работы с органоидным интеллектом в команду был включен разнообразный консорциум ученых, специалистов по биоэтике и представителей общественности.