연구자들, “오르가노이드 인텔리전스”와 “바이오컴퓨터” 계획 공유

존스 홉킨스 대학교 연구자들은 “오르가노이드 인텔리전스” 계획을 공유했습니다. 연구 팀은 인간 뇌 세포로 구동되는 “바이오컴퓨터”를 만들고 있으며, 이는 현대 컴퓨팅의 능력을 기하급수적으로 확장하고 새로운 연구 분야를 창조할 수 있을 것으로 믿고 있습니다.

이 연구는 Frontiers in Science 저널에 발표되었습니다.

바이오컴퓨팅의 부상

토마스 하르퉁은 존스 홉킨스 블룸버그 공중보건학교와 휘팅 공학대학의 환경 건강 과학 교수입니다. 그는 이 프로젝트를 주도하고 있습니다.

“컴퓨팅과 인공 지능은 기술 혁명을 주도해 왔지만 현재 기술적 한계에 도달하고 있습니다,”라고 하르퉁은 말했다. “바이오컴퓨팅은 컴퓨팅 능력을 집약하고 효율성을 높여 현재의 기술적 한계를 넘어서는 거대한 노력입니다.”

거의 20년 동안, 연구자들은 작은 오르가노이드, 즉 완전히 자란 기관과 유사한 실험실에서 자란 조직을 사용하여 신장, 폐, 그리고 다른 기관에 대한 실험을 인간이나 동물 실험에 의존하지 않고 수행해 왔습니다. 하르퉁과 존스 홉킨스의 동료들은 최근 뇌 오르가노이드를 연구하고 있습니다. 이는 펜으로 찍은 점만 한 구형체로, 뉴런 등 학습과 기억 같은 기본 기능을 유지할 가능성을 지닌 특징이 있습니다.

“이것은 인간 뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 연구를 열어줍니다,”라고 하르퉁은 말했다. “왜냐하면 조작할 수 있고, 인간의 뇌에는 윤리적으로 할 수 없는 조작을 이 시스템에서는 할 수 있기 때문입니다.”

하르퉁은 2012년부터 인간 피부 샘플에서 재프로그래밍된 배아 줄기세포와 유사한 상태의 세포를 사용하여 뇌 세포를 자라게 하고 기능적인 오르가노이드로 조립하기 시작했습니다. 각 오르가노이드에는 약 50,000개의 세포가 포함되어 있으며, 이는 초파리의 신경계와 비슷한 크기입니다. 그는 이제 이러한 뇌 오르가노이드를 사용하여 미래적인 컴퓨터를 구축하는 것을 상상합니다.

토마스 하르퉁의 연구실에서 제작된 뇌 오르가노이드의 확대된 이미지, 뉴런은 자줏빛, 세포 핵은 파란색, 다른 지원 세포는 빨간색과 녹색으로 표시됨. 이미지: 제시 플로트킨/존스 홉킨스 대학교

뇌 오르가노이드로 구축된 미래적인 컴퓨터

하르퉁에 따르면, 이러한 “생물학적 하드웨어”로 구동되는 컴퓨터는 점점 더 지속 불가능해지는 초고성능 컴퓨팅의 에너지 소비 요구를 완화할 수 있습니다. 컴퓨터는 숫자와 데이터를 처리하는 계산에서 인간보다 빠르지만, 뇌는 복잡한 논리적 결정을 내리는 데 훨씬 더 똑똑합니다. 예를 들어, 개와 고양이를 구분하는 것입니다.

“어떤 종류든 컴퓨터에 견줄 만한 것을 만들겠다는 목표를 달성하려면 수십 년이 걸릴 수 있지만, 이를 위한 자금 지원 프로그램을 만들지 않으면 훨씬 더 어려워질 것입니다,”라고 하르퉁은 말했다.

오르가노이드 인텔리전스는 또한 신경 발달 장애와 신경 퇴행성 질환에 대한 약물 테스트 연구를 혁신할 수 있습니다.

레나 스미르노바는 존스 홉킨스 대학교의 환경 건강 및 공학 조교수이며, 이 연구를 공동으로 주도하고 있습니다.

“우리는 정상적으로 발달된 기증자로부터의 뇌 오르가노이드와 자폐증이 있는 기증자로부터의 뇌 오르가노이드를 비교하고 싶습니다,”라고 레나 스미르노바는 말했다. “우리가 생물학적 컴퓨팅을 위한 도구를 개발하는 것은, 자폐증에 특이적인 신경 네트워크의 변화를 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 동물이나 환자를 사용하지 않고, 이러한 인지 장애와 손상의 근본적인 메커니즘을 이해할 수 있습니다.”

오르가노이드 인텔리전스를 사용하는 데 따른 윤리적 영향에 대한 평가를 위해, 과학자, 생물윤리학자, 그리고 대중의 다양한 컨소시엄이 팀 내에 포함되었습니다.