Des scientifiques américains envisagent de construire un ordinateur à partir d'une plaque de cellules cérébrales humaines

Nous savons que les scientifiques ont cultivé une plaque de cellules cérébrales et leur ont appris à jouer au tennis de table.

Et maintenant, ils veulent réellement utiliser ces cellules cérébrales pour construire un ordinateur ?

Dans un article publié dans Science Frontiers le 28 février, une équipe de scientifiques décrit son plan visant à transformer des amas 3D de cellules cérébrales humaines, également appelées organoïdes cérébraux, en machines capables d'effectuer des tâches biologiques avancées pour des tâches informatiques. .

Adresse papier : https://www.frontiersin.org/journals/science/articles/10.3389/fsci.2023.1017235

Pour parler franchement, il s'agit de développer un système constitué de cellules cérébrales humaines. Piloté par un « ordinateur biologique ».

"Alors que les ordinateurs à base de silicium sont certainement meilleurs pour les chiffres, le cerveau est meilleur pour apprendre", a déclaré John Hartung, professeur de microbiologie à l'Université Johns Hopkins.

Cette fois, les organismes à base de carbone ont enfin résisté ?

Oui, c'est la plaque de cellules cérébrales qui peuvent jouer au tennis de table

Ces scientifiques de l'Université Johns Hopkins suggèrent qu'un jour, des « mini-cerveaux » cultivés en laboratoire pourront être connectés ensemble pour agir comme un ordinateur biologique puissant et efficace. .

Bien que l'IA semble avoir pris le contrôle de nos vies maintenant, ces scientifiques pensent que ce qu'on appelle « l'intelligence organoïde » ou OI, pilotée par des cellules cérébrales humaines vivantes, pourrait un jour surpasser n'importe quelle IA et être plus efficace.

Après la naissance de ChatGPT, des avertissements retentissent partout selon lesquels les humains seront remplacés par l'IA. Alors maintenant, en nous appuyant sur nos propres cellules cérébrales, allons-nous enfin revenir dans le jeu ?

Alors, c'est quoi exactement ce légendaire "organoïde" ?

En fait, il s'agit d'une masse 3D de tissu biologique.

Image agrandie d'organoïdes cérébraux réalisés dans le laboratoire de Thomas Hartung, colorés montrant les neurones en magenta, les noyaux en bleu et d'autres cellules de soutien en rouge et vert

Les scientifiques ont nommé ce champ C'est "l'intelligence organoïde" (OI).

Depuis près de deux décennies, les scientifiques utilisent de minuscules organoïdes – des tissus cultivés en laboratoire qui ressemblent à des organes pleinement développés – pour mener des expériences sur les reins, les poumons et d’autres organes sans avoir recours à des tests sur des humains ou des animaux.

Récemment, Hartung et ses collègues ont étudié les organoïdes cérébraux, les sphères de la taille d'une pointe de stylo avec des neurones et d'autres caractéristiques censées maintenir des fonctions telles que l'apprentissage et la mémoire.

Thomas Hartung, chef de l'équipe et professeur de sciences de la santé environnementale à l'Université Johns Hopkins, a déclaré : « La technologie permettant de réaliser la bioinformatique est désormais mature. Nous espérons que certaines fonctions du cerveau humain pourront être mises en œuvre en tant qu'OI. , comme selon Prendre des décisions rapides avec des informations incomplètes et contradictoires (pensée intuitive)"

Informations clés sur "l'Intelligence Organoïde" (OI)

Cette équipe comprend également des personnes de Cortical Membres de Labs, ils constituent le groupe de scientifiques qui ont développé une plaque de cellules cérébrales capables de jouer au tennis de table. Effectivement, c'est une recette et un goût familiers.

L'utilisation d'organoïdes à des fins expérimentales présente de nombreux avantages pour les scientifiques, car les tests sur les humains ou les animaux peuvent être contournés.

Hartung a déclaré dans un communiqué : "Les organoïdes ouvrent la voie à la recherche sur le fonctionnement du cerveau humain. Parce que vous pouvez commencer à manipuler le système et à faire des choses qui, d'un point de vue éthique, ne peuvent pas être faites avec le cerveau humain.

Eh bien, il y en a." Quel sombre scientifique...

Le cerveau humain est plus fort qu'un ordinateur

Si un cerveau humain rivalise avec un ordinateur, qui peut gagner ?

Pour Hartung, les ordinateurs modernes sont encore faibles face au cerveau humain.

"Frontier est le plus récent superordinateur du Kentucky, coûtant 600 millions de dollars et occupant 6 800 pieds carrés. En juin dernier, il a dépassé pour la première fois la puissance de calcul d'un seul cerveau humain - mais la quantité d'énergie qu'il utilise Mais un million de fois plus."

Hartung a admis que même si les ordinateurs traitent les calculs impliquant des nombres et des données plus rapidement que les humains, le cerveau est beaucoup plus intelligent lorsqu'il s'agit de prendre des décisions logiques complexes, comme faire la distinction entre les chats et les chiens. .

Un autre exemple, en démontrant l'idée selon laquelle "bien que les ordinateurs à base de silicium soient meilleurs en chiffres, le cerveau est meilleur en apprentissage", il a donné l'exemple que bien qu'AlphaGo ait battu le meilleur joueur de Go au monde en 2017, mais il avait utilisé auparavant les données de 60 000 jeux pour l’entraînement.

Et il faudrait jouer cinq heures par jour pendant 175 ans pour terminer ces jeux.

Les ordinateurs au silicium ont atteint leurs limites

Depuis 2012, Hartung reprogramme des cellules d'échantillons de peau humaine en cellules souches embryonnaires, puis cultive des cellules cérébrales et assemble des organoïdes fonctionnels.

Chaque organoïde contient environ 50 000 cellules, soit approximativement la taille du système nerveux d'une mouche des fruits. Il envisage désormais d’utiliser cet organoïde cérébral pour construire un ordinateur futuriste.

Hartung a déclaré que les ordinateurs fonctionnant sur ce « matériel biologique » pourraient alléger les besoins énergétiques du supercalculateur au cours de la prochaine décennie, qui deviennent de plus en plus insoutenables.

"La capacité du cerveau à stocker des informations est stupéfiante, estimée à 2 500 téraoctets", a déclaré Hartung.

"Nous atteignons les limites physiques des ordinateurs au silicium car nous ne pouvons pas insérer plus de transistors dans une minuscule puce. Mais le cerveau est câblé complètement différemment, avec environ 100 milliards de neurones, à travers plus de 1 015 points de connexion."

16 années de recherche montrent que la mémoire du cerveau humain peut stocker l'intégralité d'Internet.

Parce que les organoïdes partagent des cellules qui permettent à notre propre cerveau d'acquérir et de stocker des informations, les amas cérébraux sont particulièrement adaptés aux tâches informatiques qui nécessitent un apprentissage rapide et sans grande dépense d'énergie avant de stocker les informations dans le cerveau dans des connexions neuronales compactes.

Ainsi, ils peuvent également créer des réseaux cérébraux complexes prenant en charge des calculs plus puissants.

Mais que se passe-t-il si l'intelligence organoïde, ou l'ordinateur biologique, que ces scientifiques veulent créer échoue ?

Hartung a déclaré que l'intelligence organoïde ne constitue pas une menace pour l'IA ou les cerveaux humains développés à l'aide de méthodes anciennes.

Cependant, il est temps d'augmenter la production d'organoïdes cérébraux et d'utiliser la formation en IA pour surmonter certaines des lacunes de nos systèmes de silicium existants.

"Il nous faudra des décennies pour être à égalité avec les ordinateurs", a déclaré Hartung. "Mais si nous ne commençons pas à planifier cela maintenant, ce sera beaucoup plus difficile."

Hartung a déclaré qu'il pourrait falloir des décennies pour que l'intelligence organoïde alimente des systèmes aussi intelligents que des souris.

Mais en développant la production d'organoïdes cérébraux et en les entraînant avec l'IA, il est prévisible que cet ordinateur biologique aura une vitesse de calcul, une puissance de traitement, une efficacité des données et une capacité de stockage supérieures.

Et l’intelligence organoïde pourrait également révolutionner la recherche sur les tests de médicaments pour les troubles neurodéveloppementaux et la neurodégénérescence.

Lena Smirnova, professeur adjoint de santé environnementale et d'ingénierie à l'Université Johns Hopkins, a déclaré : "Nous voulions comparer les organoïdes cérébraux normaux provenant de donneurs avec les organoïdes cérébraux provenant de donneurs autistes

"Les outils de bioinformatique que nous développons." , similaires à ceux qui nous permettent de comprendre les changements dans les réseaux neuronaux dans l'autisme, peuvent comprendre pourquoi les patients ont ces déficiences cognitives sans utiliser d'animaux ni toucher les patients. être cultivé par les humains dans des ordinateurs biologiques ?

Vont-ils être sensibles, conscients d'eux-mêmes ou même se sentir en conflit ?

L’équipe de Hartung y a aussi pensé. Certains de ses membres, ayant une formation en bioéthique, travaillent à évaluer les implications éthiques du travail avec OI.

Et, s'ils veulent construire des ordinateurs biologiques complexes, il existe un champ de mines éthiques que les chercheurs doivent traverser - pour construire des simulations miniatures du cerveau humain, il existe une cellule capable de calcul dans un organoïde cérébral. Restrictions de quantité.

Cependant, si vous souhaitez cultiver des organoïdes adaptés aux ordinateurs, vous devez étendre 50 000 neurones à 10 millions.

Et à mesure que la puissance de calcul augmente, ces organoïdes interconnectés, même s’ils ne sont pas entièrement sensibles, gagneront probablement une certaine forme d’intelligence.

Cela nous ramène à la question séculaire : Qu’est-ce que la conscience ?

L'un des auteurs de l'article, la neuroscientifique Alysson Muotri de l'Université de Californie à San Diego, a déclaré : "À ce jour, nous savons que ces organoïdes peuvent imiter le comportement oscillatoire neuronal du développement cortical

." Ces comportements oscillatoires neuronaux sont des ondes cérébrales.

De plus, sous anesthésie, ces oscillations disparaîtront progressivement, ce qui est également similaire au cerveau humain. "

"Pour amener les organoïdes dans le domaine de la conscience, nous effectuons une stimulation pour collecter le PCI", a déclaré Muotri. Le PCI est une mesure proposée par certains experts pour mesurer le niveau de conscience d'un organisme ou d'une entité.

Des recherches révèlent que des mini-cerveaux fabriqués en laboratoire peuvent produire des ondes cérébrales comme celles des bébés prématurés

Mais l'intelligence organoïde émergera-t-elle ? Quand apparaîtra-t-il ?

Personne ne peut le savoir.

Hank Greely, professeur de droit et de génétique à l'université de Stanford, se spécialise dans l'étude des questions éthiques liées aux réseaux de neurones.

Il dit que nous pourrions un jour créer un organoïde neural humain qui puisse agir comme un cerveau et avoir une certaine intelligence. Mais même ainsi, nous en savons encore très peu sur cette question : qu’est-ce qui crée exactement la conscience dans notre cerveau ?

"Le nombre de neurones connectés ensemble ne fait pas quelque chose d'intelligent. Si j'empilais un million de pierres taillées ensemble, je n'aurais pas nécessairement la cathédrale de Chartres ; je pourrais juste un tas de pierres taillées", a déclaré Greely.

"Les organoïdes ne sont certainement pas des "mini-cerveaux". Ils ne sont pas organisés comme les cerveaux, ils ne contiennent pas un grand nombre de types de cellules comme le font les cerveaux, et ils ne communiquent pas constamment avec le corps par le biais d'entrées et de sorties. "

Le mathématicien et philosophe français René Descartes croyait que la conscience et le corps sont deux choses différentes.

Face à diverses crises morales, Hartung a déclaré : "Il n'y a peut-être pas de technologie qui n'aura pas de conséquences inattendues."

"Bien qu'il soit difficile d'exclure de tels risques, tant que les humains contrôlent les entrées et les sorties ainsi que les retours du cerveau sur ses résultats de sortie, ils ne deviendront pas incontrôlables. Mais si nous donnons de l'autonomie à l'IA ou à l'OI, les problèmes surviendront. surgir."

"En bref, ni les machines à silicium ni les machines cellulaires ne peuvent contrôler les humains."

À cet égard, les internautes ont déclaré: "La vraie AGI est une nouvelle forme de vie, que ce soit sur du silicium ou sur de la viande. points du journal.

Pourquoi développer la technologie OI

Les scientifiques ont toujours été enthousiastes à l'idée de réaliser l'informatique biologique.

Bien que le cerveau humain ne soit pas aussi performant que les machines en termes de calculs, sa capacité à gérer des problèmes complexes et ouverts est bien meilleure que celle des machines, et il consomme moins d'énergie et exécute les tâches plus efficacement.

L'intelligence organoïde (OI) est la dernière tentative des scientifiques pour mettre cet enthousiasme en action.

Des chercheurs de l'Université Johns Hopkins espèrent créer une intelligence artificielle en utilisant des cellules du cerveau humain. L’équipe a programmé les cellules de la peau humaine dans un état similaire à celui des cellules souches embryonnaires, leur permettant de restaurer leur capacité à former des cellules cérébrales et ainsi de remplir des fonctions de base telles que la mémoire et l’apprentissage.

Le moment est venu de développer la technologie de l'OI

La reprogrammation de cellules humaines en cellules souches et le développement d'organes cérébraux tridimensionnels à partir de cellules souches pluripotentes rendent l'OI possible.

Au cours de la dernière décennie, les cultures de cellules cérébrales ont évolué de cultures monocouches traditionnelles à des cultures tridimensionnelles organisées plus semblables à des organes. Des institutions telles que le Centre d'expérimentation animale alternative de l'Université Johns Hopkins ont produit ce produit standardisé et évolutif très efficace. organoïdes cérébraux.

La plupart des organes cérébraux cultivés ont des synapses actives, présentant des couches corticales et des schémas d'oscillation comparables à ceux des cerveaux des prématurés.

Ces cultures d'organes sont également riches en diverses cellules impliquées dans l'apprentissage biologique.

Réticulation de l'OI avec d'autres technologies

Exposez l'organe cérébral cultivé à une stimulation électrique et chimique et vérifiez si l'apprentissage se produit grâce à la surveillance des entrées et des sorties.

La grande quantité de données de rétroaction générées par OI est analysée par l'IA avec une puissance de calcul puissante. Cela nécessite de corréler les changements d'organes avec des signaux de sortie spécifiques. Dans ce processus, OI a construit un système qui intègre l'apprentissage automatique et les statistiques. traitement, théorie de l’information et autres outils multidisciplinaires.

Déduire la connectivité des organes est également une tâche importante. À l'aide des outils d'imagerie cérébrale et de biologie computationnelle, nous pouvons cartographier l'entrée et la sortie des connexions organoïdes du système nerveux et déterminer si des connexions efficaces ont été établies dans les circuits neuronaux.

Il est nécessaire de fournir une infrastructure rapide, fiable et évolutive pour le stockage et le traitement des données OI. Elle doit être capable de s'adapter à la grande quantité de données que chaque couche du réseau biologique peut calculer et produire, et elle doit le faire. ont également la capacité de changer dynamiquement.

La stratégie de stockage adoptée par l'équipe JHU consiste principalement à développer une solution similaire à l'expérience Grand collisionneur de hadrons du CERN, utilisant des déclencheurs complexes pour la détection d'événements en temps réel, et seuls les moments ayant une valeur potentielle de découverte seront retenus. À l’avenir, en créant une communauté OI, une infrastructure Big Data puissante et reproductible pourra être rapidement établie.

Poursuite de l'amélioration de l'OI

Tout d'abord, il est nécessaire d'augmenter la complexité du calcul biologique en OI, les organoïdes peuvent jouer le rôle d'interaction entre l'interface silicium et l'environnement. L'algorithme d'interaction du silicium peut améliorer la capacité de survie de l'OI.

Nous espérons également pouvoir saisir des signaux biologiques plus complexes dans l'OI, comme une représentation d'entrée plus similaire à la vision humaine.

Les progrès de la biologie moléculaire dans la plasticité synaptique sont cruciaux pour l'optimisation de l'OI. En améliorant ses conditions de croissance, elle peut mieux exprimer les effets de l'apprentissage du cerveau humain.

Vision de la technologie OI

Établir l'OI comme une véritable forme de bioinformatique, utilisant les organoïdes cérébraux de manière éthique.

Réalisez la révolution de la bioinformatique, surmontez les limites de l'informatique basée sur le silicium et de l'IA, obtenez une prise de décision plus rapide, un apprentissage continu et améliorez l'efficacité de l'exécution de ces tâches.

Élucide plus clairement la sagesse humaine et apporte de l'espoir pour le traitement des défauts cognitifs et d'autres maladies associées.

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