Các nhà nghiên cứu chia sẻ kế hoạch cho “Trí tuệ Organoid” và “Máy tính sinh học”

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Johns Hopkins đã chia sẻ kế hoạch của họ cho “trí tuệ organoid”. Đội ngũ đang làm việc để tạo ra một “máy tính sinh học” được cung cấp bởi các tế bào não của con người, mà họ tin rằng có thể mở rộng khả năng tính toán hiện đại và tạo ra các lĩnh vực nghiên cứu mới.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Frontiers in Science.

Sự trỗi dậy của Máy tính sinh học

Thomas Hartung là giáo sư khoa học sức khỏe môi trường tại Trường Y tế Công cộng Bloomberg và Trường Kỹ thuật Whiting của Đại học Johns Hopkins. Ông đang dẫn đầu dự án.

“Tính toán và trí tuệ nhân tạo đã thúc đẩy cuộc cách mạng công nghệ, nhưng chúng đang đạt đến giới hạn,” Hartung nói. “Máy tính sinh học là một nỗ lực khổng lồ để nén sức mạnh tính toán và tăng hiệu suất để vượt qua giới hạn công nghệ hiện tại của chúng tôi.”

Trong gần hai thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các organoid nhỏ, mô được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm giống như các cơ quan đã phát triển đầy đủ, để thí nghiệm trên thận, phổi và các cơ quan khác mà không cần sử dụng thử nghiệm trên người hoặc động vật. Hartung và các đồng nghiệp tại Johns Hopkins đã làm việc gần đây với các organoid não, các quả cầu có kích thước bằng một chấm bút với các nơ-ron và các tính năng khác hứa hẹn sẽ duy trì các chức năng cơ bản như học tập và ghi nhớ.

“Điều này mở ra nghiên cứu về cách não bộ con người hoạt động,” Hartung nói. “Bởi vì bạn có thể bắt đầu thao túng hệ thống, làm những việc bạn không thể làm với não bộ con người.”

Hartung bắt đầu phát triển và lắp ráp các tế bào não thành các organoid chức năng vào năm 2012 bằng cách sử dụng các tế bào từ mẫu da người được lập trình lại thành trạng thái giống như tế bào gốc phôi. Mỗi organoid chứa khoảng 50.000 tế bào, khoảng kích thước của hệ thống thần kinh của một con ruồi. Ông hiện đang hình dung xây dựng một máy tính tương lai với các organoid não như vậy.

Hình ảnh phóng đại của một organoid não được sản xuất trong phòng thí nghiệm của Thomas Hartung, nhuộm màu để hiển thị các nơ-ron màu magenta, nhân tế bào màu xanh lam và các tế bào hỗ trợ khác màu đỏ và xanh lá cây. Hình ảnh: Jesse Plotkin/Đại học Johns Hopkins

Xây dựng một Máy tính Tương lai với Organoid Não

Theo Hartung, các máy tính chạy trên “phần cứng sinh học” này có thể bắt đầu giảm nhu cầu tiêu thụ năng lượng của siêu máy tính đang trở nên không bền vững. Mặc dù máy tính xử lý các tính toán liên quan đến số và dữ liệu nhanh hơn con người, não bộ thông minh hơn trong việc đưa ra quyết định logic phức tạp, như phân biệt một con chó với một con mèo.

“Có thể mất vài thập kỷ trước khi chúng tôi đạt được mục tiêu của một thứ gì đó tương đương với bất kỳ loại máy tính nào,” Hartung nói. “Nhưng nếu chúng tôi không bắt đầu tạo ra các chương trình tài trợ cho điều này, nó sẽ trở nên khó khăn hơn nhiều.”

Trí tuệ organoid cũng có thể cách mạng hóa nghiên cứu thử nghiệm thuốc cho các rối loạn phát triển thần kinh và sự suy giảm thần kinh.

Lena Smirnova là giáo sư trợ lý khoa học sức khỏe và kỹ thuật môi trường tại Johns Hopkins, người đồng lãnh đạo các cuộc điều tra.

“Chúng tôi muốn so sánh các organoid não từ các nhà tài trợ phát triển điển hình với các organoid não từ các nhà tài trợ bị tự kỷ,” Lena nói. “Các công cụ chúng tôi đang phát triển để tính toán sinh học là cùng các công cụ sẽ cho phép chúng tôi hiểu các thay đổi trong mạng nơ-ron cụ thể cho tự kỷ, mà không cần sử dụng động vật hoặc để tiếp cận bệnh nhân, vì vậy chúng tôi có thể hiểu các cơ chế cơ bản về lý do tại sao bệnh nhân có những vấn đề nhận thức và suy giảm này.”

Để đánh giá các ý nghĩa đạo đức của việc làm việc với trí tuệ organoid, một tập đoàn đa dạng gồm các nhà khoa học, nhà sinh học và thành viên công chúng đã được nhúng vào đội ngũ.