Rozwój nowej dziedziny bioinformatyki i neurotechnologii wchodzi w przełomową fazę. Szwajcarski startup FinalSpark, we współpracy z dziesięcioma uczelniami z całego świata, rozwija pierwszy na świecie działający żywy komputer – urządzenie obliczeniowe zbudowane z ludzkich komórek mózgowych. Ten unikalny system, bazujący na tzw. organoidach mózgowych, reprezentuje nową kategorię technologii znaną jako wetware – czyli sprzęt oparty na żywej tkance.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Czym są biokomputery i jak działają na bazie żywych organoidów mózgowych.
- Dlaczego systemy wetware mogą być bardziej energooszczędne niż klasyczne procesory AI.
- Jakie wyzwania technologiczne i etyczne towarzyszą rozwojowi żywych komputerów.
- Które uczelnie i firmy na świecie uczestniczą w tworzeniu pierwszych bio-procesorów.
Organoidy jako „procesory przyszłości”
Zamiast próbować odwzorowywać ludzki mózg za pomocą układów krzemowych, FinalSpark sięgnął po prawdziwe neurony, hodowane z przeprogramowanych komórek skóry. Powstałe w ten sposób miniaturowe organoidy, wielkości mózgu muszki owocowej, zawierają około 10 000 aktywnych neuronów. Są zdolne do odbierania impulsów elektrycznych, reagowania na nie, a nawet wykazywania podstawowych zdolności uczenia się. Jak wyjaśnia współzałożyciel FinalSpark, dr Fred Jordan:
Zamiast próbować naśladować mózg za pomocą krzemu, użyjmy czegoś prawdziwego.
Organoidy są podłączone do elektrod, które dostarczają impulsy i umożliwiają monitorowanie aktywności neuronalnej. Jak opisała redaktorka naukowa BBC, Zoe Kleinman, po naciśnięciu klawisza generującego impuls:
Naciskasz klawisz i w odpowiedzi możesz dostrzec niewielki skok aktywności na ekranie.
Biokomputery uczą się jak mózg – ale zużywają mniej energii
Inżynierowie i neurolodzy testują obecnie sposoby stymulowania organoidów tak, aby wzmacniać ich zdolności obliczeniowe. Jednym z podejść jest stosowanie dopaminy – neuroprzekaźnika odpowiedzialnego za odczuwanie przyjemności – jako nagrody za wykonanie określonych zadań. Proces ten naśladuje biologiczne mechanizmy motywacyjne, wykorzystywane przez ludzki mózg do uczenia się.
W przeciwieństwie do systemów opartych na sztucznej inteligencji i układach scalonych, neurony biologiczne są nawet milion razy bardziej energooszczędne. W kontekście rosnącego zużycia energii przez duże modele AI, wetware może w przyszłości stanowić realną alternatywę lub uzupełnienie klasycznych rozwiązań cyfrowych.
Krucha równowaga: wyzwania biologicznego sprzętu
Mimo ogromnego potencjału, biokomputery oparte na organoidach pozostają niezwykle wrażliwe. Nie posiadają naczyń krwionośnych, co ogranicza ich żywotność do ok. czterech miesięcy. Jak zauważa prof. Simon Schultz z Imperial College London:
Nie wiemy jeszcze, jak je prawidłowo wytwarzać. To właśnie jest największe, wciąż aktualne wyzwanie. Pod koniec życia organoidu naukowcy rejestrują nagły wzrost aktywności neuronalnej, przypominający wybuch aktywności w ludzkim mózgu przed śmiercią.
Jak również przyznaje Jordan:
To smutne, bo musimy przerwać eksperyment, zrozumieć przyczynę jego śmierci, a potem powtórzyć go.
Współpraca międzynarodowa i globalne zastosowania
Na chwilę obecną z technologią FinalSpark współpracuje już 10 uniwersytetów z całego świata, a firma oferuje nawet transmisję na żywo z działania neuronów na swojej stronie internetowej. Wcześniej podobne projekty realizowano m.in. w Australii, gdzie Cortical Labs uczyła organoidy gry w Pong, oraz na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa, gdzie miniaturowe mózgi wykorzystywane są do badań nad chorobą Alzheimera i autyzmem. Jak zaznacza dr Lena Smirnova z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa:
Biokomputery powinny uzupełniać, a nie zastępować, krzemową sztuczną inteligencję, a jednocześnie wspierać modelowanie chorób i ograniczać wykorzystywanie zwierząt.
Etyka i granice biologicznej technologii
Tworzenie systemów opartych na żywej tkance budzi poważne pytania etyczne. FinalSpark deklaruje współpracę z zespołem etyków, aby zapewnić, że eksperymenty prowadzone są zgodnie z ustalonymi granicami moralnymi. Firma zapewnia, że jej organoidy nie mają receptorów bólu ani złożonych struktur mózgowych, co wyklucza zdolność do odczuwania czy świadomości. Jordan przyznaje, że jego praca spełnia marzenia z dzieciństwa:
Kiedy ogląda się film science fiction albo książkę, zawsze czuję się trochę smutny, bo moje życie nie jest takie, jak w książce. Teraz czuję się, jakbym był w książce i ją pisał.
Potencjał, który dopiero się ujawnia
Biokomputery są nadal na wczesnym etapie rozwoju, ale możliwości, które oferują – od rewolucji w przetwarzaniu danych po nowe metody badań neurologicznych – są ogromne. Projekt FinalSpark i współpraca międzynarodowa z wiodącymi uczelniami stanowią pierwszy krok w kierunku zupełnie nowej generacji systemów obliczeniowych, w których krzem ustępuje miejsca biologii.
Główne wnioski
- FinalSpark stworzył pierwszy na świecie działający biokomputer oparty na organoidach mózgowych z około 10 000 neuronów każdy.
- W projekt zaangażowanych jest 10 uniwersytetów z całego świata, a organoidy są trenowane i stymulowane do przetwarzania informacji w sposób przypominający mózg.
- Biologiczne procesory są milion razy bardziej energooszczędne niż układy krzemowe, co czyni je potencjalnym rozwiązaniem dla ograniczenia zużycia energii przez systemy AI.
- Technologia wetware pozostaje eksperymentalna, ale jej rozwój może przynieść przełomy w neurotechnologii, modelowaniu chorób i nowej generacji systemów obliczeniowych.
Źródło:
- Interesting Engineering
- FinalSpark
