L'”intelligenza organica” può creare computer alimentati da cellule cerebrali

(CNN) I computer alimentati da cellule cerebrali umane possono sembrare fantascienza, ma un team di ricercatori negli Stati Uniti ritiene che tali macchine, parte di un nuovo campo chiamato “intelligenza organica”, potrebbero plasmare il futuro – e ora hanno un piano per arrivarci .

Gli organelli sono tessuti cresciuti in laboratorio che sembrano organi. Queste strutture tridimensionali, solitamente derivate da cellule staminali, sono state utilizzate nei laboratori per quasi due decenni, poiché gli scienziati sono stati in grado di evitare test dannosi su esseri umani o animali sperimentando la funzione di reni, polmoni e altri organi.

Gli organoidi cerebrali in realtà non sembrano versioni minuscole del cervello umano, ma le colture cellulari delle dimensioni di una punta di penna contengono neuroni in grado di svolgere funzioni simili al cervello e formano un gran numero di connessioni.

Gli scienziati chiamano questo fenomeno “intelligenza su un piatto”.

Il dottor Thomas Hartung, professore di salute ambientale e ingegneria presso la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health e la Whiting School of Engineering di Baltimora, ha iniziato a coltivare organoidi cerebrali alterando campioni di pelle umana nel 2012.

Lui ei suoi colleghi immaginano di combinare il potere degli organoidi cerebrali in una sorta di dispositivo biologico più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai supercomputer. Questi “biocomputer” impiegheranno reti di organoidi cerebrali per rivoluzionare potenzialmente i test farmaceutici per malattie come Il morbo di AlzheimerFornisce una panoramica della mente umana e cambia il futuro dell’informatica.

La ricerca che descrive il piano per l’intelligenza organica sviluppato da Hartung e dai suoi colleghi è stata pubblicata sulla rivista Tuesday frontiere della scienza.

“L’informatica e l’intelligenza artificiale stanno guidando la rivoluzione tecnologica, ma hanno raggiunto un limite”, ha affermato Hartung, autore senior dello studio, in una dichiarazione. “Il biocomputing è uno sforzo enorme per comprimere la potenza di calcolo e aumentare la sua efficienza oltre i nostri attuali limiti tecnologici”.

Cervello umano contro intelligenza artificiale

Sebbene l’intelligenza artificiale sia ispirata ai processi del pensiero umano, la tecnologia non può replicare completamente tutte le capacità del cervello umano. Questa lacuna è il motivo per cui gli esseri umani possono utilizzare un captcha basato su immagini o testo, o il test di Turing generico completamente automatizzato per distinguere computer e umani, come misura di sicurezza online per dimostrare che non sono robot.

Il test di Turing, noto anche come gioco dell’imitazione, è stato sviluppato nel 1950 da un matematico e scienziato informatico britannico. Alan Turing Valutare in che modo le macchine mostrano un comportamento intelligente simile a quello umano.

Ma come si comporta davvero un computer contro un cervello umano?

Un supercomputer può elaborare enormi quantità di numeri più velocemente di quanto possa fare un essere umano.

“Ad esempio, AlphaGo (l’intelligenza artificiale che ha battuto il giocatore di Go n. 1 al mondo nel 2017) è stato addestrato sui dati di 160.000 partite”, ha affermato Hartung. “Una persona dovrebbe giocare cinque ore al giorno per oltre 175 anni per provare tutti questi giochi”.

D’altra parte, il cervello umano è più efficiente dal punto di vista energetico, nonché migliore nell’apprendimento e nel prendere decisioni logiche complesse. Qualcosa di fondamentale come la capacità di distinguere un animale da un altro è un compito che il cervello umano può svolgere facilmente e che un computer non può svolgere.

Frontiera $ 600 milioni Supercomputer all’Oak Ridge National Laboratory In Tennessee, pesa 8.000 libbre (3.629 kg), con ogni armadietto che pesa l’equivalente di due camioncini standard. Hartung ha affermato che la macchina ha superato la capacità di calcolo di un singolo cervello umano a giugno, ma ha utilizzato un milione di volte più energia.

“Il cervello è ancora ineguagliato dai computer moderni”, ha detto Hartung.

“I cervelli hanno anche una sbalorditiva capacità di archiviazione di 2.500 (terabyte)”, ha aggiunto. “Stiamo raggiungendo i limiti fisici dei computer al silicio perché non possiamo inserire più transistor in un minuscolo chip”.

Come funziona un biocomputer?

I pionieri delle cellule staminali John B. Gordon e Shinya Yamanaka Ha vinto il premio Nobel nel 2012 per sviluppare una tecnologia che consenta la creazione di cellule da tessuti completamente sviluppati come la pelle. La ricerca pionieristica ha permesso a scienziati come Hartung di sviluppare organoidi cerebrali che vengono utilizzati per imitare i cervelli viventi e per testare e identificare farmaci che possono comportare rischi per la salute del cervello.

Hartung ricorda che altri ricercatori gli chiesero se organoidi simili a cervelli potessero pensare o raggiungere la coscienza. La domanda lo ha portato a considerare di fornire informazioni agli organelli sul loro ambiente e su come interagire con loro.

“Questo apre la strada alla ricerca su come funziona il cervello umano”, ha detto Hartung, che è anche direttore congiunto del Centro per le alternative alla sperimentazione animale in Europa. “Perché puoi iniziare a manipolare il sistema, a fare cose che non puoi fare eticamente con le menti umane.”

Hartung definisce l’intelligenza organica come “la riproduzione di funzioni cognitive, come l’apprendimento e l’elaborazione sensoriale, in un modello di laboratorio di un essere umano e del cervello”.

Gli organelli cerebrali che Hartung sta attualmente utilizzando devono essere espansi in OI, o intelligenza organica. Ogni organello contiene tante cellule quante se ne possono trovare nel sistema nervoso di un moscerino della frutta. UN Singolo organico Il cervello umano è circa da uno a tre milionesimi delle dimensioni del cervello umano, il che significa che è equivalente a circa 800 megabyte di spazio di archiviazione della memoria.

“Sono molto piccoli, ciascuno contenente circa 50.000 celle. Per OI, avremmo bisogno di aumentare quel numero a 10 milioni”, ha detto.

I ricercatori hanno anche bisogno di modi per comunicare con gli organelli al fine di inviare loro informazioni e ricevere letture di ciò che gli organismi “pensano”. Gli autori dello studio hanno sviluppato un progetto che incorpora strumenti della bioingegneria e dell’apprendimento automatico, insieme a nuove innovazioni. Consentire diversi tipi di input e output attraverso le reti di un organoide, hanno scritto i ricercatori nello studio, consentirebbe compiti più complessi.

Abbiamo sviluppato un file Dispositivo di interfaccia cervello-computer Si tratta di una sorta di tappo dell’elettroencefalogramma (EEG) per organoidi, ha affermato Hartung, che abbiamo introdotto in un articolo pubblicato lo scorso agosto. “È un guscio flessibile densamente ricoperto di minuscoli elettrodi che possono raccogliere segnali dall’organoide e trasmettergli i segnali”.

Hartung spera che un giorno ci sarà un utile canale di comunicazione tra AI e OI “che consentirà ai due di esplorare le reciproche capacità”.

Modi per utilizzare OI

I ricercatori hanno affermato che i contributi di maggior impatto dell’intelligenza organica possono essere visti nella medicina umana.

Gli organoidi cerebrali possono essere sviluppati da campioni di pelle di pazienti con disturbi neurologici, consentendo agli scienziati di testare come diversi farmaci e altri fattori li influenzano.

“Con l’OI, possiamo studiare anche gli aspetti cognitivi degli stati neurologici”, ha affermato Hartung. “Ad esempio, possiamo confrontare la formazione della memoria negli organelli derivati ​​da persone sane e da malati di Alzheimer, e provare a correggere i relativi deficit. Possiamo anche usare l’OI per verificare se determinate sostanze, come i pesticidi, causano problemi di memoria o di apprendimento”.

Gli organoidi cerebrali potrebbero anche aprire un nuovo modo di comprendere la cognizione umana.

“Vogliamo confrontare organoidi cerebrali di donatori di sviluppo tipico con organoidi cerebrali di donatori autistici”, ha dichiarato Lena Smirnova, assistente professore di salute ambientale e ingegneria presso la Johns Hopkins University.

“Gli strumenti che stiamo sviluppando verso il biocomputing sono gli stessi strumenti che ci permetteranno di comprendere i cambiamenti nelle reti neurali dell’autismo, senza dover usare animali o accedere ai pazienti, in modo da poter comprendere i meccanismi alla base del perché i pazienti acquisiscono queste cognizioni, ” lei disse.

L’uso di organoidi cerebrali per creare intelligenza organica è ancora agli inizi. Lo sviluppo di un OI paragonabile a un computer con la potenza cerebrale di un mouse potrebbe richiedere decenni, ha affermato Hartung.

Ma ci sono già risultati promettenti che mostrano ciò che è possibile. Il coautore dello studio, il dott. Brett Kagan, direttore scientifico dei Cortical Labs di Melbourne, in Australia, e il suo team lo hanno recentemente dimostrato Le cellule cerebrali possono imparare a giocare a pongvideo gioco.

“Il loro team lo sta già testando con organoidi cerebrali”, ha detto Hartung. “E direi che replicare questo esperimento con gli organelli soddisfa davvero la definizione di base di OI. Da qui in poi, si tratta solo di costruire la comunità, gli strumenti e le tecniche per realizzare il pieno potenziale di OI”.

Etica degli organelli cerebrali

La creazione di organoidi cerebrali capaci di funzioni cognitive solleva una serie di preoccupazioni etiche, tra cui se possono sviluppare coscienza o provare dolore e se coloro le cui cellule sono state utilizzate per produrli abbiano diritti sugli organoidi.

“Una parte fondamentale della nostra visione è sviluppare OI in modo etico e socialmente responsabile”, ha affermato Hartung. “Per questo motivo, abbiamo collaborato con esperti di etica sin dall’inizio per stabilire l’approccio dell'”etica incorporata”. Tutte le questioni etiche saranno continuamente valutate da team composti da scienziati, esperti di etica e generalisti, man mano che la ricerca si evolve”.

Coinvolgere il pubblico nella comprensione e nello sviluppo dell’intelligenza organica è fondamentale, scrive Julian Kinderler, professore emerito di diritto della proprietà intellettuale presso l’Università di Città del Capo in Sudafrica, in un’analisi politica pubblicata separatamente. Kinderlerer non è stato coinvolto nel nuovo studio OI.

“Stiamo entrando in un nuovo mondo, dove l’interazione tra esseri umani e costrutti umani offusca le distinzioni”, ha scritto Kinderler. “La società non può attendere passivamente nuove scoperte; deve essere coinvolta nell’identificare e risolvere potenziali dilemmi etici e garantire che qualsiasi esperimento rientri in confini etici che devono ancora essere definiti”.

Guarda l’evoluzione Intelligenza artificiale come ChatGPT Quanto i computer siano vicini al superamento del test di Turing ha indotto alcuni a chiedersi quanto siano vicini i computer al superamento del test di Turing, Gary Miller, vice preside per la strategia di ricerca e l’innovazione e professore di scienze della salute ambientale alla Columbia University di New York City, ha scritto in un articolo separato pubblicato martedì. Miller non è stato coinvolto nello studio della Johns Hopkins.

Sebbene ChatGPT possa raccogliere informazioni in modo efficiente su Internet, non può rispondere a un cambiamento di temperatura come può fare un sistema cellulare in coltura, ha scritto.

“I sistemi Metabrane possono esibire aspetti chiave di intelligenza e coscienza”, scrive Miller.

“Ciò richiede un esame approfondito delle implicazioni etiche della tecnologia, in cui gli esperti di etica devono essere inclusi. Dobbiamo garantire che ogni fase del processo sia condotta con integrità scientifica, riconoscendo che il problema più grande è il potenziale impatto sulla società. OI offusca il linea tra la cognizione umana e l’intelligenza della macchina, e la tecnologia e la biologia stanno avanzando a una velocità che può superare i dibattiti etici e morali richiesti. Questo campo emergente deve e deve adottare un approccio vigoroso per affrontare le questioni morali ed etiche che derivano da questo tipo di progressi scientifici prima che la tecnologia precipiti nell’abisso morale.