Mini-mozgovi iz matičnih stanica kao "biološki hardver" za bioračunala

Laboratorijski uzgojeni " minimozgovi " jednog bi se dana mogli povezati kako bi djelovali kao snažna i učinkovita bioračunala, sugeriraju znanstvenici

Mladen Smrekar srijeda, 1. ožujka 2023. u 16:01
Moždani organoid srastao s rudimentarnim optičkim
Moždani organoid srastao s rudimentarnim optičkim "čašicama" Elke Gabriel

Posljednjeg dana veljače časopis Frontiers in Science objavio je rad multidisciplinarne skupine istraživača koji predlažu transformaciju moždanih organoida u biološki hardver sposoban za napredne računalne zadatke. Njihova ideja dobila je i ime: "organoidna inteligencija". 

Organoidna inteligencija: novo područje bioračunalstva
Organoidna inteligencija: novo područje bioračunalstva

"Dok su računala temeljena na siliciju svakako bolja s brojevima, mozak je bolji u učenju", kažu znanstvenici. Na primjer, AlphaGo, UI koja je 2017. pobijedila najboljeg svjetskog Go igrača, trenirana je na podacima iz 160.000 igara. Da bi odigrao istu količinu igara, čovjek bi morao igrati pet sati dnevno više od 175 godina.

Nakupine matičnih stanica

Moždani organoidi male su nakupine matičnih stanica iz laboratorijskih posuda, pretvorene u 3D strukture koje oponašaju strukturu i funkciju ljudskog mozga, ali su jednostavnije od organa u punoj veličini. Prvi put proizvedene 2013. za istraživanje mikrocefalije, stanja u kojem je glava dojenčeta mnogo manja od prosjeka, dosad su korištene za proučavanje Alzheimerove i Parkinsonove bolesti i Zika virusa te za liječenje ozlijeđenih mozgova štakora. Nedavno su ih čak naučili igrati Pong.  

Napredak u 3D uzgoju stanica nudi temelj za istraživanje organoidne inteligencije
Napredak u 3D uzgoju stanica nudi temelj za istraživanje organoidne inteligencije

Znanstvenici vjeruju kako su organoidi prikladni za računalne zadatke koji od njih zahtijevaju brzo učenje i bez puno utroška energije, prije pohranjivanja informacija u kompaktne neuronske veze.

Točke povezivanja

"Mozgovi imaju nevjerojatan kapacitet za pohranu informacija, procijenjen na 2500 terabajta", kažu znanstvenici koji upozoravaju kako već dosežemo fizičke granice silicijskih računala jer se više tranzistora jednostavno ne može spakirati u sićušni čip. Ali mozak je ožičen potpuno drugačije, kažu oni, s oko 100 milijardi neurona povezanih preko više od 1015 točaka povezivanja. 

Arhitektura sustava organoidne inteligencije za biološko računalstvo u čijem se središtu nalazi organoid
Arhitektura sustava organoidne inteligencije za biološko računalstvo u čijem se središtu nalazi organoid

Kako bi izradili zamišljena organoidna bioračunala, istraživači žele prilagoditi alate iz bioinženjeringa i strojnog učenja za stimulaciju i snimanje neuronske aktivnosti unutar moždanih organoida. To im neće omogućiti samo slanje i primanje informacija od pojedinačnih organoida, nego i njihovo spajanje u složene mreže moždanih nakupina. 

Etičko minsko polje

No, put do sofisticiranih bioračunala vodi kroz etičko minsko polje, priznaju autori izvješća. Dosad su moralne implikacije izrade sićušnih imitacija ljudskog mozga bile ograničene činjenicom da tipični moždani organoidi sadrže mali broj stanica s ograničenom računalnom moći. Organoidi prikladni za računala morali bi umjesto 50.000 imati 10 milijuna neurona. 

Znanstvenici su transplantirali organiziranu nakupinu ljudskih moždanih stanica, odnosno organoid na mozak štakora 📷 Jgamadze
Znanstvenici su transplantirali organiziranu nakupinu ljudskih moždanih stanica, odnosno organoid na mozak štakora Jgamadze

Znanstvenici vjeruju da će povezani organoidi vjerojatno postići neki oblik inteligencije, ako ne i osjećajnosti. To postavlja pitanje što je svijest i hoće li se za ove organoide ikada reći da je imaju. 

Oponašanje moždanih valova

"Danas znamo da ti organoidi mogu oponašati neuralno oscilatorno ponašanje kortikalnog razvoja, što znači moždane valove prijevremeno rođene bebe do postnatalne faze", objasnila je neuroznanstvenica Alysson Muotri u email poruci časopisu Live Science. "Štoviše, znamo da pod anestezijom te oscilacije nestaju, slično ljudskom mozgu." 

Povezivanje organoida s 3D nizovima mikroelektroda kako bi se omogućilo snimanje elektrofizioloških izlaza
Povezivanje organoida s 3D nizovima mikroelektroda kako bi se omogućilo snimanje elektrofizioloških izlaza

Znanstvenici dopuštaju mogućnost da bi se jednog dana mogao stvoriti ljudski neuralni organoid koji bi djelovao poput mozga i imao nešto inteligencije; činjenice je da trenutno  imamo vrlo ograničeno znanje o tome što stvara svijest ili inteligenciju u našim vlastitim mozgovima.

"Organoidi definitivno nisu 'mini-mozgovi'. Oni nisu organizirani kao mozak, ne sadrže isti broj tipova stanica kao mozak i ne komuniciraju stalno s tijelom putem ulaza i izlaza.", kažu znanstvenici koji će se konzultirati s drugim stručnjacima kako bi izvagali sva etička pitanja koja će se pojavljivati s napretkom njihovog istraživanja.