Onderzoekers Delen Plan voor “Organoid Intelligentie” en “Biocomputer”

Onderzoekers van de Johns Hopkins University hebben hun plan voor “organoid intelligentie” gedeeld. Het team werkt aan de ontwikkeling van een “biocomputer” die wordt aangedreven door menselijke hersencellen, wat volgens hen de mogelijkheden van moderne computertechnologie exponentieel kan uitbreiden en nieuwe onderzoeksgebieden kan creëren.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Science.

De Opkomst van Biocomputing

Thomas Hartung is een professor in de milieu- en volksgezondheidswetenschappen aan de Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health en de Whiting School of Engineering. Hij leidt het project.

“Computertechnologie en kunstmatige intelligentie hebben de technologie-revolutie aangedreven, maar ze bereiken een plafond,” zei Hartung. “Biocomputing is een enorm project om de rekenkracht te verkleinen en de efficiëntie te verhogen om onze huidige technologische grenzen te doorbreken.”

Al bijna twee decennia lang gebruiken onderzoekers kleine organoïden, in het laboratorium gekweekt weefsel dat lijkt op volledig ontwikkelde organen, om experimenten uit te voeren op nieren, longen en andere organen zonder menselijke of dierproeven. Hartung en zijn collega’s aan de Johns Hopkins hebben onlangs gewerkt met hersenorganoiden, bolletjes ter grootte van een penpunt met neuronen en andere kenmerken die beloven om basisfuncties zoals leren en onthouden in stand te houden.

“Dit opent onderzoek naar hoe de menselijke hersenen werken,” zei Hartung. “Omdat je het systeem kunt manipuleren, dingen kunt doen die je niet ethisch kunt doen met menselijke hersenen.”

Hartung begon in 2012 met het kweken en assembleren van hersencellen in functionele organoïden met cellen uit menselijke huidmonsters die waren omgezet in een embryonale stamcel-achtige toestand. Elke organoïde bevat ongeveer 50.000 cellen, ongeveer de grootte van het zenuwstelsel van een fruitvlieg. Hij voorziet nu een futuristische computer met dergelijke hersenorganoiden.

Vergrote afbeelding van een hersenorganoid geproduceerd in Thomas Hartung’s lab, geverfd om neuronen in magenta, celkernen in blauw en andere ondersteunende cellen in rood en groen te laten zien. Afbeelding: Jesse Plotkin/Johns Hopkins University

De Bouw van een Futuristische Computer met Hersenorganoiden

Volgens Hartung kunnen computers die op deze “biologische hardware” draaien beginnen met het verlichten van de energievraag van supercomputers die steeds onhoudbaar worden. Hoewel computers berekeningen met nummers en gegevens sneller verwerken dan mensen, zijn hersenen veel slimmer in het nemen van complexe logische beslissingen, zoals het onderscheiden van een hond en een kat.

“Het kan decennia duren voordat we het doel bereiken van iets dat vergelijkbaar is met een computer,” zei Hartung. “Maar als we geen financieringsprogramma’s voor dit creëren, zal het veel moeilijker worden.”

Organoidintelligentie kan ook de onderzoek naar geneesmiddelen voor neurodevelopmentele stoornissen en neurodegeneratie revolutioneren.

Lena Smirnova is een assistent-professor in de milieu- en volksgezondheidswetenschappen aan de Johns Hopkins die de onderzoeken co-leidt.

“We willen hersenorganoiden van typisch ontwikkelde donoren vergelijken met hersenorganoiden van donoren met autisme,” zei Lena. “De instrumenten die we ontwikkelen voor biologische computing zijn dezelfde instrumenten die ons zullen toelaten om veranderingen in neuronale netwerken specifiek voor autisme te begrijpen, zonder dieren of patiënten te hoeven gebruiken, zodat we de onderliggende mechanismen kunnen begrijpen van waarom patiënten deze cognitieve problemen en beperkingen hebben.”

Om de ethische implicaties van het werken met organoidintelligentie te beoordelen, is een diverse coalitie van wetenschappers, bio-ethici en leden van het publiek in het team geïntegreerd.