Forskere deler plan for “Organoid Intelligens” og “Biocomputer”

Forskere ved Johns Hopkins University har delt sin plan for “organoid intelligens”. Teamet arbeider med å skape en “biocomputer” drevet av menneskelige hjerneceller, som de tror kan eksponentielt utvide mulighetene for moderne datamaskiner og skape nye fagfelt.

Studien ble publisert i tidsskriftet Frontiers in Science.

Oppblomstringen av Biocomputing

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

“Datamaskiner og kunstig intelligens har drevet teknologirevolusjonen, men de nærmer seg en grense,” sa Hartung. “Biocomputing er et enormt arbeid med å pakke sammen beregningskraft og øke effektiviteten for å gå forbi våre nåværende teknologiske grenser.”

I nesten to tiår har forskere brukt små organoider, laboratoriedyrket vev som ligner fullt utviklede organer, til å eksperimentere med nyre, lunge og andre organer uten å bruke menneske- eller dyreforsøk. Hartung og kolleger ved Johns Hopkins har arbeidet mer nylig med hjernorganoider, kuler med neuroner og andre egenskaper som lover å opprettholde grunnleggende funksjoner som læring og husking.

“Dette åpner opp for forskning på hvordan det menneskelige hjernen fungerer,” sa Hartung. “Fordi du kan begynne å manipulere systemet, gjøre ting du ikke kan gjøre med menneskelige hjerner.”

Hartung begynte å dyrke og samle hjerneceller til funksjonelle organoider i 2012 ved hjelp av celler fra menneskelige hudprøver omprogrammert til en embryonisk stamcelle-lignende tilstand. Hver organoid inneholder omtrent 50 000 celler, omtrent størrelsen på et fluehus. Han ser nå for seg å bygge en fremtidig datamaskin med slike hjernorganoider.

Forstørret bilde av en hjernorganoid produsert i Thomas Hartungs laboratorium, farget for å vise neuroner i magenta, cellekjerne i blått og andre støtteceller i rødt og grønt. Bilde: Jesse Plotkin/Johns Hopkins University

Bygging av en Fremtidig Datamaskin med Hjernorganoider

Ifølge Hartung kan datamaskiner som kjører på denne “biologiske maskinvaren” begynne å lettet energiforbrukets krav til superdatamaskiner som blir stadig mer uholdbare. Selv om datamaskiner prosesserer beregninger med tall og data raskere enn mennesker, er hjerner mye smartere i å ta komplekse logiske beslutninger, som å skille en hund fra en katt.

“Det kan ta tiår før vi når målet om noe som er sammenlignbart med noen type datamaskin,” sa Hartung. “Men hvis vi ikke begynner å skape finansiell støtte for dette, vil det bli mye vanskeligere.”

Organoidintelligens kan også revolusjonere legemiddelforskning for nevrologiske utviklingsforstyrrelser og nevrodegenerasjon.

Lena Smirnova er en assistentprofessor i miljøhelse og ingeniørvitenskap ved Johns Hopkins som co-leder undersøkelsene.

“Vi ønsker å sammenligne hjernorganoider fra typisk utviklede donorer mot hjernorganoider fra donorer med autisme,” sa Lena. “Verktøyene vi utvikler for biologisk datamaskin er de samme verktøyene som vil tillate oss å forstå endringer i nevronale nettverk som er spesifikke for autisme, uten å måtte bruke dyr eller å få tilgang til pasienter, så vi kan forstå de underliggende mekanismene for hvorfor pasienter har disse kognitive problemer og funksjonsnedsettelser.”

For å vurdere de etiske implikasjonene av å arbeide med organoidintelligens, har en diversifisert konsortium av forskere, bioetikere og medlemmer av allmennheten vært integrert i teamet.