นักวิจัยแบ่งปันแผนสำหรับ “Organoid Intelligence” และ “Biocomputer”

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยจอนส์ฮอปกินส์แบ่งปันแผนสำหรับ “organoid intelligence” ทีมงานกำลังสร้าง “biocomputer” ที่ใช้เซลล์สมองของมนุษย์ ซึ่งพวกเขาเชื่อว่าอาจขยายความสามารถในการคำนวณของสมัยใหม่ได้อย่างมาก และสร้างสาขาวิชาใหม่ๆ

การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Frontiers in Science.

การเพิ่มขึ้นของ Biocomputing

ทอมัส ฮาร์ทุง เป็นศาสตราจารย์ด้านสิ่งแวดล้อมและวิทยาศาสตร์สุขภาพที่โรงเรียนสาธารณสุขบลูมเบิร์กของจอนส์ฮอปกินส์และโรงเรียนวิศวกรรมวิทติง เขาเป็นผู้นำโครงการนี้

“การคำนวณและปัญญาประดิษฐ์ได้ขับเคลื่อนการปฏิวัติเทคโนโลยี แต่พวกมันกำลังถึงขีดจำกัด” ฮาร์ทุงกล่าว “Biocomputing เป็นความพยายามที่ยิ่งใหญ่ในการเพิ่มขีดความสามารถของคอมพิวเตอร์และเพิ่มประสิทธิภาพให้สูงขึ้นเพื่อข้ามขีดจำกัดเทคโนโลยีปัจจุบันของเรา”

ตลอดเกือบสองทศวรรษ นักวิจัยได้ใช้ organoid ขนาดเล็ก ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อที่เติบโตในห้องปฏิบัติการที่คล้ายกับอวัยวะที่เติบโตเต็มที่ เพื่อทำการทดลองกับไต ปอด และอวัยวะอื่นๆ โดยไม่ต้องใช้การทดลองกับมนุษย์หรือสัตว์ ฮาร์ทุงและเพื่อนร่วมงานที่จอนส์ฮอปกินส์ได้ทำงานกับ brain organoid มากขึ้น ซึ่งเป็นลูกบอลที่มีขนาดประมาณจุดปากกาและมีเซลล์ประสาทและคุณสมบัติอื่นๆ ที่สัญญาว่าจะสามารถรักษาฟังก์ชันพื้นฐาน เช่น การเรียนรู้และการจดจำ

“สิ่งนี้เปิดโอกาสให้ทำการวิจัยเกี่ยวกับวิธีการทำงานของสมองมนุษย์” ฮาร์ทุงกล่าว “เพราะคุณสามารถเริ่มจัดการระบบและทำสิ่งที่ไม่อาจทำกับสมองมนุษย์ได้ด้วยเหตุผลทางจริยธรรม”

ฮาร์ทุงเริ่มปลูกและประกอบเซลล์สมองให้ทำงานใน organoid ในปี 2012 โดยใช้เซลล์จากตัวอย่างผิวหนังที่ถูกเปลี่ยนเป็นสถานะที่คล้ายกับเซลล์ต้นกำเนิดที่มีลักษณะเหมือนตัวอ่อน แต่ละ organoid มีเซลล์ประมาณ 50,000 เซลล์ ซึ่งมีขนาดประมาณระบบประสาทของแมลงหวี่ เขาเห็นภาพการสร้างคอมพิวเตอร์ในอนาคตด้วย organoid เหล่านี้

ภาพขยายของ brain organoid ที่ผลิตในห้องปฏิบัติการของทอมัส ฮาร์ทุง ซึ่งถูกย้อมเพื่อแสดงเซลล์ประสาทในม่วง นิวเคลียสของเซลล์ในน้ำเงิน และเซลล์อื่นๆ ในสีแดงและสีเขียว ภาพ: Jesse Plotkin/Johns Hopkins University

การสร้างคอมพิวเตอร์ในอนาคตด้วย Brain Organoids

ตามที่ฮาร์ทุงกล่าวว่า คอมพิวเตอร์ที่ใช้ “ฮาร์ดแวร์ทางชีววิทยา” เหล่านี้สามารถช่วยลดความต้องการพลังงานในการคำนวณที่ไม่ยั่งยืนได้ แม้ว่าคอมพิวเตอร์จะประมวลผลการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับตัวเลขและข้อมูลได้เร็วกว่ามนุษย์ แต่สมองของมนุษย์มีความฉลาดมากกว่าในการตัดสินใจเชิงตรรกะที่ซับซ้อน เช่น การแยกแยะระหว่างสุนัขและแมว

“อาจต้องใช้เวลาหลายทศวรรษก่อนที่เราจะบรรลุเป้าหมายของสิ่งที่เทียบเท่ากับคอมพิวเตอร์” ฮาร์ทุงกล่าว “แต่ถ้าเราไม่เริ่มสร้างโปรแกรมการให้ทุนสำหรับสิ่งนี้ มันจะยากขึ้นมาก”

การวิจัย organoid อาจช่วยปฏิวัติวิธีการทดสอบยาสำหรับโรคพัฒนาการและโรคเสื่อมของระบบประสาท

เลนา สมิรโนวา เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านอนามัยสิ่งแวดล้อมและวิศวกรรมที่จอนส์ฮอปกินส์ ซึ่งร่วมนำการสืบสวน

“เราต้องการเปรียบเทียบ brain organoids จากผู้บริจาคที่พัฒนาปกติกับ brain organoids จากผู้บริจาคที่มีโรคออทิสติก” เลนา กล่าว “เครื่องมือที่เรากำลังพัฒนาสำหรับการคำนวณทางชีววิทยาเป็นเครื่องมือเดียวกับที่จะช่วยให้เราเข้าใจการเปลี่ยนแปลงของเครือข่ายประสาทที่เฉพาะเจาะจงสำหรับโรคออทิสติก โดยไม่ต้องใช้สัตว์หรือเข้าถึงตัวผู้ป่วย จึงช่วยให้เราเข้าใจกลไกพื้นฐานว่าทำไมผู้ป่วยจึงมีปัญหาและความบกพร่องด้านการรู้คิดเหล่านี้”

เพื่อประเมินผลกระทบทางจริยธรรมของการทำงานกับ organoid intelligence ทีมงานได้รวมกลุ่มผู้เชี่ยวชาญหลากหลายทั้งนักวิทยาศาสตร์ นักชีวจริยศาสตร์ และตัวแทนประชาชนไว้ด้วย