5 Minutės
Mokslininkai eksperimentuoja su provokuojančia idėja: naudoti gyvas žmogaus smegenų ląsteles kaip kompiuterinę aparatinę įrangą. Šie vadinamieji biokompiuteriai — ant elektrodų auginami neuronų tinklai, gauti iš kamieninių ląstelių — jau sugeba atlikti paprastas užduotis, pavyzdžiui žaisti „Pong“ ar atpažinti pagrindinius kalbos modelius. Tačiau technologija yra ankstyvoje stadijoje, ir jos plėtra kelia tiek mokslines galimybes, tiek skubias etines problemas.
Kas yra biokompiuteriai ir kaip jie veikia?
Dešimtmečius neurologai kultivavo neuronus ant mikroelektrodų masyvų, kad tirinėtų elektrinį signalų perdavimą. Šis darbas parengė terpę dviem kryžmėms pažangoms, kurios dabar sudaro biokompiuterijos pagrindą.
Pirma, smegenų organoidų — trimatės nervinės audinio sankaupos, auginamos iš kamieninių ląstelių — atsiradimas suteikė tyrėjams galimybę in vitro sukurti žmogaus smegenų tinklams panašias struktūras. Antra, patobulėjusios mikroelektrodų masyvų technologijos ir uždaro ciklo (closed-loop) sistemos leidžia dvikryptę komunikaciją tarp gyvo audinio ir elektronikos. Sudėjus šias technologijas, atsiranda biohibridinė platforma, kurioje gyvi neuronai siunčia ir priima elektrinius signalus iš kompiuterizuotų valdiklių.
Nuo laboratorinių stalų iki paprastų žaidimų
2022 m. tyrėjai parodė, kad kultivuoti neuronai gali išmokti žaisti „Pong“ uždaro ciklo sistemoje. Eksperimento metu pademonstruota, kad neuronų sluoksnis gali adaptuoti savo iššaukimų (firing) modelius reaguodamas į grįžtamąjį ryšį — tai buvo akivaizdus etapas, sulaukęs daug viešumo. Vis dėlto šių sistemų galimybės išlieka ribotos: jos demonstruoja adaptacinius atsakus, bet ne tai, ką būtų galima prilyginti žmogaus kognityviniams procesams ar sąmoningumui.
Naujas pagamintas mikroelektrodų masyvas
Kodėl šis laukas pagreitėja dabar
Trys persidengiantys tendencijos pastaraisiais metais iškėlė organoidų pagrindu veikiančią skaičiavimo paradigmą į dėmesio centrą ir paskatino investicijas bei tyrimus:
- Investicijos: rizikos kapitalo fondai aktyviai investuoja į projektus, susijusius su dirbtiniu intelektu, o tai padaro spekuliatyvius bandymus su neįprasta aparatine įranga ekonomiškai patrauklesnius.
- Biotechnologijų subrendimas: audinio auginimo ir išlaikymo in vitro metodai žymiai pagerėjo, o farmacijos pramonėje organoidai tapo kasdieniu įrankiu vaistų atrankai ir vystymosi tyrimams.
- Sąsajų pažanga: pažanga smegenų–kompiuterio sąsajų (BCI) ir mikroelektronikos srityje sumažina skirtumą tarp biologinio audinio ir inžinerinių sistemų, todėl biohibridiniai dizainai tampa praktiškesni.
Šie veiksniai padrąsino startuolius ir akademines laboratorijas JAV, Australijoje, Šveicarijoje ir Kinijoje kurti prototipines biohibridines platformas. Kai kurios įmonės jau siūlo nuotolinį prieigą prie neuroninių organoidų, kitos rengia stalinius įrenginius, skirtus tyrimų poreikiams.
Ką iš tikrųjų reiškia „organoidų intelektas"?
Tyrėjai sukūrė terminus, tokius kaip „organoidų intelektas" ir „inkorporuota sąmonė" (angl. embodied sentience), kurie patraukė žiniasklaidos dėmesį, bet taip pat sukėlė kontroversijų. Šios frazės gali klaidinti, tarsi organoidai būtų lygūs programinei dirbtinio intelekto (DI) infrastruktūrai — tai netiesa. Dabartiniai organoidai yra toli nuo organizuotų, plataus masto tinklinių dinamikų, būdingų žmogaus kognityvumui ar sąmoningumui. Daugelis ekspertų pabrėžia, kad šiandienos organoidai demonstruoja primityvią elektrinę veiklą ir pagrindinį adaptacinį elgesį, bet ne sąmoningumą ar moralinį subjektiškumą.
Vis dėlto terminų pasirinkimas turi reikšmę. Kalba formuoja visuomenės suvokimą ir politikos sprendimus. Kai kompanijos rinkodaros tikslais gyvą neuroninį audinį pristato kaip naujos rūšies „intelektą", jos rizikuoja aplenkti etines sistemas, kurios iki šiol buvo kuriamos organoidams kaip biomedicininėms priemonėms, o ne kaip komerciniams skaičiavimo komponentams.
Galimi panaudojimai ir realistiški lūkesčiai
Šiuo metu praktinės biokompiuterių taikymo sferos yra palaipsniui plėtojamos ir orientuotos į tyrimus. Artimiausio laikotarpio perspektyvos apima keletą realistiškų ir naudingų sričių:
- Pagerinti neurovystymosi toksiškumo modeliai: organoidai gali tapti jautresniais ir žmogaus audiniui artimesniais modeliais vaistų ir cheminių medžiagų saugumo testavimui, taip mažinant gyvūnų eksperimentų poreikį.
- Hibridinės sistemos epilepsijos tyrimams: kombinuojant žmogaus neuronus su elektronika galima imituoti ir analizuoti priepuolių dinamiką, vertinti epilepsijos riziką ir testuoti intervencijų strategijas.
- Eksperimentiniai skaičiavimo platformų prototipai: organoidų tinklai leidžia ištirti alternatyvius informacijos apdorojimo būdus, kurie papildytų arba atvertų naujas gaires neuromorfiniam skaičiavimui, bet neretai negali pakeisti silicio pagrindu veikiančių sprendimų pagrindiniuose DI uždaviniuose.
Yra ir ambicingesnių pasiūlymų: kai kurios akademinės grupės siūlo naudoti organoidų sistemas specializuotoms simuliacijoms — pavyzdžiui, prognozuoti sudėtingus aplinkos modelius ar trajektorijas. Tačiau tokios idėjos išlieka spekuliatyvios ir susiduria su rimtais techniniais iššūkiais susijusiais su reproducibility (atkuriamumu), mastelio didinimu ir rezultatų stabilumu.
Mikroelektrodų masyvas, padengtas neuronais
Etiniai ir valdymo iššūkiai
Biohibridinė skaičiavimo technologija kelia klausimų, kurie išeina už vien laboratorinių metodų ribų. Svarbiausios etinės ir valdymo problemos apima:
- Sąmonės ribos: kaip nustatyti, ar kultivuotas neuroninis tinklas įgijo savybių, kurios leistų jam turėti moralinę vertę ar reikalauti apsaugos?
- Sutikimas ir audinių gavimo teisės: kokios donorų teisės, ir kaip sutikimo formose turi būti aiškiai nurodyta, jei audinys bus naudojamas skaičiavimui arba komerciniams tikslams?
- Reguliavimo spragos: esami bioetikos gairių rinkiniai dažniausiai orientuoti į organoidus medicininiams tyrimams, bet ne į komercializuotas skaičiavimo platformas — srityje, kurioje valdymas atsilieka nuo tyrimų ir investicijų.
Pirmaujančių organoidų mokslininkų grupės ragina skubiai atnaujinti etikos gaires, kad jose būtų numatytos komercializacijos kryptys ir nauji biohibridinių sistemų elgsenos aspektai. Viešoji diskusija šiuo metu yra ribota, tačiau technologijos vystymosi trajektorija rodo, kad šie klausimai taps svarbūs greičiau nei manyta anksčiau.
Kur gali nueiti ši technologija toliau
Techniniu požiūriu tolimesnis kelias priklauso nuo atkuriamumo, mastelio didinimo ir integracijos su esamomis sistemomis. Tyrėjams būtina patikimai gaminti audinius su nuoseklia elektrine veikla, sujungti kelis modulius nepažeidžiant funkcijos ir apibrėžti standartinius našumo etalonus. Jei šie iššūkiai bus įveikti, organoidų sistemos gali tapti nišiniais eksperimentiniais įrankiais, kurie papildys, bet ne pakeis, tradicinį skaičiavimą.
Lygiai taip pat svarbūs yra visuomeniniai pasirinkimai: kiek mes investuosime, kaip skaidriai bus viešinami eksperimentai ir kokias reguliacines apsaugas priimsime. Finansavimo, viešųjų lūkesčių ir etikos sąveika nulems, ar biokompiuteriai taps moksliniu proveržiu, komercine smulkmena ar valdymo galvosūkiu.
Eksperto įžvalga
„Šias sistemas turėtume vertinti su entuziazmu, bet ir atsargiai,“ sako dr. Elena Márquez, neuroinžinierė ir mokslo komunikatorė. „Iš techninės pusės organoidai suteikia naujas galimybes tirti žmogaus neuroninę dinamiką in vitro. Tačiau iš etikos ir politikos perspektyvos turime atnaujinti sutikimo procedūras ir priežiūros mechanizmus dabar, o ne laukdami komercinių produktų atsiradimo. Aiškūs standartai apsaugos donorus, tyrėjus ir visuomenę.“
Tokia nuostata atspindi daugumos mokslininkų požiūrį: pažanga yra reali, bet palaipsniui vykstanti, todėl visuomeninė diskusija turi vykti bent jau tokiu pačiu tempu kaip laboratorijų ir startuolių siekiai pasiekti kitą etapą.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą