Исследователи представляют план для “интеллекта органоидов” и “биокомпьютера”

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса представили план для “интеллекта органоидов”. Команда работает над созданием “биокомпьютера”, работающего на человеческих клетках мозга, который, по их мнению, может экспоненциально расширить возможности современных вычислений и создать новые области исследований.

Исследование было опубликовано в журнале Frontiers in Science.

Рост биокомпьютинга

Томас Хартунг – профессор экологической гигиены в Школе общественного здравоохранения Блумберга и Школе инженерии Университета Джонса Хопкинса. Он возглавляет проект.

“Вычисления и искусственный интеллект были движущей силой технологической революции, но они достигли потолка,” сказал Хартунг. “Биокомпьютинг – это огромная работа по компактированию вычислительной мощности и увеличению ее эффективности, чтобы преодолеть наши текущие технологические пределы.”

Почти два десятилетия исследователи используют крошечные органоиды, лабораторно выращенные ткани, похожие на полностью выросшие органы, для экспериментов над почками, легкими и другими органами без использования человеческих или животных испытаний. Хартунг и его коллеги в Университете Джонса Хопкинса работают в последнее время с органоидами мозга, шариками размером с точку, содержащими нейроны и другие особенности, которые обещают поддерживать базовые функции, такие как обучение и запоминание.

“Это открывает путь для исследований того, как работает человеческий мозг,” сказал Хартунг. “Потому что вы можете начать манипулировать системой, делать вещи, которые вы не можете сделать с человеческим мозгом по этическим причинам.”

Хартунг начал выращивать и собирать клетки мозга в функциональные органоиды в 2012 году, используя клетки из человеческих кожных проб, перепрограммированные в состояние, подобное эмбриональным стволовым клеткам. Каждый органоид содержит около 50 000 клеток, примерно размер нервной системы мухи. Теперь он представляет себе построение футуристического компьютера с помощью таких органоидов мозга.

Увеличенное изображение органоида мозга, произведенного в лаборатории Томаса Хартунга, окрашенного для показа нейронов в магента, ядер клеток в синем, и других поддерживающих клеток в красном и зеленом. Изображение: Джесси Плоткин/Университет Джонса Хопкинса

Построение футуристического компьютера с органоидами мозга

По словам Хартунга, компьютеры, работающие на этом “биологическом оборудовании”, могут начать облегчать требования к энергопотреблению суперкомпьютеров, которые становятся все более неустойчивыми. Хотя компьютеры обрабатывают вычисления, включающие числа и данные, быстрее, чем люди, мозг намного умнее в принятии сложных логических решений, таких как различение собаки и кошки.

“Может потребоваться десятилетия, прежде чем мы достигнем цели чего-то сравнимого с любым типом компьютера,” сказал Хартунг. “Но если мы не начнем создавать программы финансирования для этого, будет намного сложнее.”

Интеллект органоидов также может революционизировать исследования по тестированию лекарств для неврологических расстройств и нейродегенерации.

Лена Смирнова – ассистент профессора экологического здоровья и инженерии в Университете Джонса Хопкинса, который совместно возглавляет расследования.

“Мы хотим сравнить органоиды мозга от доноров с типичным развитием и органоидами мозга от доноров с аутизмом,” сказала Лена. “Инструменты, которые мы разрабатываем для биологических вычислений, – это те же инструменты, которые позволят нам понять изменения в нейронных сетях, специфичных для аутизма, без необходимости использования животных или доступа к пациентам, чтобы мы могли понять основные механизмы того, почему у пациентов есть эти когнитивные проблемы и нарушения.”

Чтобы оценить этические последствия работы с интеллектом органоидов, разнообразный консорциум ученых, биоэтиков и членов общественности был встроен в команду.