Forskere Deler Plan for “Organoid Intelligens” og “Biocomputer”

Forskere fra Johns Hopkins University har delt deres plan for “organoid intelligens”. Holdet arbejder på at skabe en “biocomputer” drevet af menneskelige hjerneceller, som de mener kunne eksponentielt udvide mulighederne for moderne computering og skabe nye fagområder.

Studiet blev offentliggjort i tidsskriftet Frontiers in Science.

Biocomputingens Opkomst

Thomas Hartung er professor i miljøsundhedsvidenskab ved Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health og Whiting School of Engineering. Han leder projektet.

“Computering og kunstig intelligens har drevet teknologirevolutionen, men de nærmer sig en grænse,” sagde Hartung. “Biocomputing er et enormt arbejde med at komprimere beregningskraft og øge effektiviteten for at komme forbi vores nuværende teknologiske begrænsninger.”

I næsten to årtier har forskere brugt små organoider, laboratorie-dyrkede væv, der ligner fuldt udviklede organer, til at eksperimentere med nyre, lunger og andre organer uden at ty til menneske- eller dyreforsøg. Hartung og kolleger ved Johns Hopkins har arbejdet mere nylig med hjernecell-organoider, kugler på størrelse med en pen-prik, der indeholder neuroner og andre funktioner, der lover at opretholde grundlæggende funktioner som læring og husk.

“Dette åbner op for forskning i, hvordan det menneskelige hjerte fungerer,” sagde Hartung. “Fordi du kan begynde at manipulere systemet, gøre ting, du ikke kan gøre etisk med menneskelige hjerner.”

Hartung begyndte at dyrke og samle hjerneceller i funktionelle organoider i 2012 ved hjælp af celler fra menneskelige hudprøver, der var omprogrammeret til en embryonisk stamcelle-lignende tilstand. Hver organoid indeholder omkring 50.000 celler, omtrent på størrelse med et flue-hjernesystem. Han forestiller sig nu at bygge en fremtidig computer med sådanne hjernecell-organoider.

Forstørret billede af en hjernecell-organoid produceret i Thomas Hartungs laboratorium, farvet for at vise neuroner i magenta, cellekerner i blåt og andre støtteceller i rødt og grønt. Billede: Jesse Plotkin/Johns Hopkins University

Bygning af en Fremtidig Computer med Hjernecell-Organoider

Ifølge Hartung kunne computere, der kører på denne “biologiske hardware”, begynde at lette energiforbrugs-kravene til supercomputering, der bliver stadig mere uholdbare. Selv om computere bearbejder beregninger med tal og data hurtigere end mennesker, er hjerner meget klogere til at træffe komplekse logiske beslutninger, som at skelne mellem en hund og en kat.

“Det kan tage årtier, før vi opnår målet om noget, der ligner en computer,” sagde Hartung. “Men hvis vi ikke begynder at skabe finansieringsprogrammer for dette, vil det være meget sværere.”

Organoid-intelligens kunne også revolutionere lægemiddel-testningsforskning for neuroudviklingsforstyrrelser og neurodegeneration.

Lena Smirnova er en assistentprofessor i miljøsundhedsvidenskab og -teknik ved Johns Hopkins, der co-leder undersøgelserne.

“Vi ønsker at sammenligne hjernecell-organoider fra typisk udviklede donorer versus hjernecell-organoider fra donorer med autisme,” sagde Lena. “Værktøjerne, vi udvikler til biologisk computering, er de samme værktøjer, der vil tillade os at forstå ændringer i neurale netværk specifikke for autisme, uden at skulle bruge dyr eller adgang til patienter, så vi kan forstå de underliggende mekanismer for, hvorfor patienter har disse kognitions-problemer og handicap.”

For at vurdere de etiske implikationer af at arbejde med organoid-intelligens er et diversificeret konsortium af forskere, bioetikere og medlemmer af offentligheden blevet integreret i holdet.