Forskare Delar Plan för “Organoid Intelligens” och “Biocomputer”

Forskare från Johns Hopkins University har delat sin plan för “organoid intelligens”. Teamet arbetar med att skapa en “biocomputer” som drivs av mänskliga hjärnceller, som de tror kan öka modern datortekniks förmågor exponentiellt och skapa nya områden för studier.

Studien publicerades i tidskriften Frontiers in Science.

Biocomputingens Uppkomst

Thomas Hartung är professor i miljöhälsovetenskap vid Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health och Whiting School of Engineering. Han leder projektet.

“Datorer och artificiell intelligens har drivit teknologirevolutionen, men de når en gräns”, sa Hartung. “Biocomputing är ett enormt arbete med att komprimera beräkningskraft och öka dess effektivitet för att gå förbi våra nuvarande tekniska gränser.”

För nästan två decennier har forskare använt sig av små organoider, laboratorieodlade vävnader som liknar fullt utvecklade organ, för att experimentera med njurar, lungor och andra organ utan att använda mänskliga eller djurtester. Hartung och kollegor vid Johns Hopkins har nyligen arbetat med hjärnorganoider, sfärer storleken på en penna med neuroner och andra funktioner som lovar att upprätthålla grundläggande funktioner som inlärning och minne.

“Detta öppnar upp forskning om hur den mänskliga hjärnan fungerar”, sa Hartung. “Eftersom man kan börja manipulera systemet, göra saker som man inte kan göra etiskt med mänskliga hjärnor.”

Hartung började odla och sammanfoga hjärnceller till fungerande organoider 2012 med hjälp av celler från mänskliga hudprover omprogrammerade till ett embryonalt stamcellsliknande tillstånd. Varje organoid innehåller cirka 50 000 celler, storleken på en flugas nervsystem. Han ser nu fram emot att bygga en framtida dator med sådana hjärnorganoider.

Förstorad bild av en hjärnorganoid producerad i Thomas Hartungs labb, färgad för att visa neuroner i magenta, cellkärnor i blått och andra stödjande celler i rött och grönt. Bild: Jesse Plotkin/Johns Hopkins University

Bygga en Framtida Dator med Hjärnorganoider

Enligt Hartung kan datorer som drivs av denna “biologiska maskinvara” börja lindra energiförbrukningskraven för superdatorer som blir alltmer ohållbara. Även om datorer bearbetar beräkningar med siffror och data snabbare än människor, är hjärnor mycket smartare när det gäller att fatta komplexa logiska beslut, som att skilja på en hund och en katt.

“Det kan ta decennier innan vi uppnår målet med något som är jämförbart med någon typ av dator”, sa Hartung. “Men om vi inte börjar skapa finansieringsprogram för detta, kommer det att bli mycket svårare.”

Organoid intelligens kan också revolutionera läkemedelsforskning för neurodevelopmentala störningar och neurodegenerering.

Lena Smirnova är biträdande professor i miljöhälso- och ingenjörsvetenskap vid Johns Hopkins som delar ledningen för undersökningarna.

“Vi vill jämföra hjärnorganoider från typiskt utvecklade donatorer med hjärnorganoider från donatorer med autism”, sa Lena. “Verktygen vi utvecklar för biologisk datorisering är samma verktyg som kommer att låta oss förstå förändringar i neuronala nätverk som är specifika för autism, utan att behöva använda djur eller komma åt patienter, så att vi kan förstå de underliggande mekanismerna för varför patienter har dessa kognitiva problem och funktionshinder.”

För att bedöma de etiska implikationerna av att arbeta med organoid intelligens, har en diversifierad grupp av forskare, bioetikere och allmänheten varit inbäddade i teamet.