Para saintis AS merancang untuk membina komputer daripada sel otak manusia

Kita tahu bahawa saintis telah mengembangkan sel otak dan mengajar mereka bermain pingpong.

Dan sekarang, mereka sebenarnya mahu menggunakan sel otak ini untuk membina komputer?

Dalam kertas kerja yang diterbitkan dalam Science Frontiers pada 28 Februari, satu pasukan saintis menerangkan rancangan mereka untuk menggabungkan rumpun sel otak manusia 3D (juga dikenali sebagai sel otak) ke dalam organoid) ke dalam perkakasan biologi. mampu melaksanakan tugas pengkomputeran lanjutan.

Alamat kertas: https://www.frontiersin.org/journals/science/articles/10.3389 /fsci.2023.1017235

Secara terang-terangan, ia adalah untuk membangunkan "komputer biologi" yang digerakkan oleh sel otak manusia.

"Walaupun komputer berasaskan silikon sudah tentu lebih baik dalam angka, otak lebih baik dalam belajar," kata John Hartung, seorang profesor mikrobiologi di Universiti Johns Hopkins.

Kali ini, organisma berasaskan karbon akhirnya berdiri?

Ya, sel-sel otak yang boleh bermain ping pong

Para saintis dari Universiti Johns Hopkins ini mencadangkan bahawa suatu hari nanti, "otak mikro" yang tumbuh di makmal disambungkan bersama ke bertindak sebagai komputer biologi yang berkuasa dan cekap.

Walaupun AI nampaknya telah mengambil alih kehidupan kita sekarang, para saintis ini percaya bahawa sesuatu yang dipanggil "kecerdasan organoid" atau OI, didorong oleh sel-sel otak manusia yang hidup, Ia mungkin suatu hari nanti mengatasi mana-mana AI dan menjadi lebih cekap.

Selepas kelahiran ChatGPT, terdapat amaran di mana-mana bahawa manusia akan digantikan oleh AI. Jadi sekarang, bergantung pada sel otak kita sendiri, adakah kita akhirnya akan kembali dalam permainan?

Jadi, apakah sebenarnya "organoid" legenda ini?

Sebenarnya, ia adalah jisim 3D tisu biologi.

Imej diperbesarkan organoid otak yang dihasilkan dalam makmal Thomas Hartung, diwarnakan untuk menunjukkan neuron dalam magenta, nukleus biru dan sel sokongan lain dalam warna merah dan hijau

Para saintis menamakan bidang ini sebagai "organoid intelligence" (OI).

Selama hampir dua dekad, saintis telah menjalankan eksperimen ke atas buah pinggang, paru-paru dan organ lain menggunakan organoid kecil - tisu tumbuh di makmal yang menyerupai organ dewasa sepenuhnya Tiada ujian manusia atau haiwan diperlukan .

Baru-baru ini, Hartung dan rakan sekerja telah mengkaji organoid otak, sfera bersaiz hujung pen dengan neuron dan ciri lain yang dijangka mengekalkan fungsi seperti pembelajaran dan ingatan.

Ketua pasukan Thomas Hartung, seorang profesor sains kesihatan alam sekitar di Universiti Johns Hopkins, berkata, "Teknologi untuk mencapai pengkomputeran bio kini matang. Kami berharap beberapa fungsi otak manusia, boleh dilaksanakan sebagai OI, seperti membuat keputusan cepat berdasarkan maklumat yang tidak lengkap dan bercanggah (pemikiran intuitif) 》

Maklumat penting tentang "Kecerdasan Organoid" (OI)

Pasukan ini juga termasuk ahli dari Makmal Kortikal, yang merupakan mereka yang memupuk saintis plat A dengan sel otak yang boleh bermain pingpong. Sudah tentu, ini adalah resipi yang biasa dan rasa yang biasa.

Menggunakan organoid untuk eksperimen mempunyai banyak faedah kepada saintis kerana ia boleh memintas ujian manusia atau haiwan.

Hartung berkata dalam satu kenyataan: "Organoid membuka penyelidikan tentang bagaimana otak manusia berfungsi. Kerana anda boleh mula memanipulasi sistem dan melakukan perkara yang tidak boleh dilakukan secara beretika dengan otak manusia

Nah, bunyinya seperti ahli sains gelap...

Otak manusia lebih kuat daripada komputer

Jika Biarkan otak manusia dan komputer bersaing, siapa yang boleh menang?

Pada pandangan Hartung, komputer moden masih lemah di hadapan otak manusia.

"Frontier ialah superkomputer terbaharu Kentucky, berharga $600 juta dan menduduki 6,800 kaki persegi. Hanya pada Jun lalu, ia mengatasi kuasa pengkomputeran otak manusia untuk pertama kali — tetapi ia menggunakan tenaga sejuta kali ganda. kucing dari anjing.

Untuk contoh lain, apabila menunjukkan idea bahawa "walaupun komputer berasaskan silikon lebih baik dalam nombor, otak lebih baik dalam belajar", dia memberi contoh bahawa walaupun AlphaGo lebih baik dalam pembelajaran pada 2017 Ia mengalahkan pemain Go terbaik dunia pada 2016, tetapi ia dilatih menggunakan data daripada 60,000 permainan.

Dan seseorang itu perlu bermain lima jam sehari selama 175 tahun untuk menamatkan permainan ini.

Komputer silikon telah mencapai hadnya

Sejak 2012, Hartung telah memprogram semula sel dalam sampel kulit manusia ke dalam sel stem embrio kemudiannya ditanam dan dipasang menjadi organoid berfungsi.

Setiap organoid mengandungi kira-kira 50,000 sel, kira-kira saiz sistem saraf lalat buah. Dia kini membayangkan menggunakan organoid otak ini untuk membina komputer futuristik.

Komputer yang menggunakan "perkakasan biologi" ini boleh meringankan permintaan tenaga superkomputer sepanjang dekad akan datang, yang menjadi semakin kurang mampan.

"Otak mempunyai kapasiti yang luar biasa untuk menyimpan maklumat, dianggarkan sebanyak 2,500 terabait," kata Hartung.

"Kami mencapai had fizikal komputer silikon kerana kami tidak dapat memuatkan lebih banyak transistor ke dalam cip kecil. Tetapi otak disambungkan secara berbeza, dengan kira-kira 100 bilion neuron Yuan, disambungkan melalui lebih daripada 1,015 titik sambungan 》

16 tahun penyelidikan menunjukkan bahawa memori otak manusia boleh menyimpan keseluruhan Internet.

Kerana organoid berkongsi sel yang membolehkan otak kita sendiri memperoleh dan menyimpan maklumat, gumpalan otak amat sesuai untuk mereka yang perlu belajar dengan cepat dan tanpa menggunakan banyak tenaga. Tugas pengiraan digunakan sebelum maklumat disimpan dalam sambungan neuron padat di dalam otak.

Hasilnya, mereka juga boleh mencipta rangkaian otak yang kompleks yang menyokong pengiraan yang lebih berkuasa.

Tetapi bagaimana jika kecerdasan organoid, atau komputer biologi, yang ingin dicipta oleh saintis ini gagal?

Hartung berkata kecerdasan organoid tidak menimbulkan ancaman kepada AI atau otak manusia yang ditanam menggunakan kaedah lama.

Walau bagaimanapun, sudah tiba masanya untuk meningkatkan pengeluaran organoid otak dan menggunakan latihan AI untuk mengatasi beberapa kelemahan sistem silikon semasa kami.

"Kami akan mengambil masa beberapa dekad untuk setanding dengan komputer," kata Hartung. "Tetapi jika kita tidak mula merancang untuk ini sekarang, ia akan menjadi lebih sukar."

Tetapi dengan mengembangkan pengeluaran organoid otak dan melatihnya dengan AI, komputer biologi ini akan mempunyai kelajuan pengkomputeran yang sangat baik, kuasa pemprosesan, kecekapan data dan kapasiti storan.

Dan, kecerdasan organoid juga boleh merevolusikan penyelidikan ujian dadah untuk gangguan perkembangan saraf dan kemerosotan saraf.

Lena Smirnova, penolong profesor kesihatan dan kejuruteraan alam sekitar di Universiti Johns Hopkins, berkata: "Kami mahu membandingkan organoid otak biasa daripada penderma dengan otak daripada penderma autistik. Organoid. "

"Alat pengkomputeran bio yang kami bangunkan adalah serupa dengan yang membolehkan kami memahami perubahan dalam rangkaian neuron dalam autisme, tanpa menggunakan haiwan atau bersentuhan dengan pesakit. Fahami mengapa pesakit mempunyai mekanisme kognitif ini gangguan "

Penyiksaan etika

Walau bagaimanapun, rumpun sel otak manusia sanggup dibiakkan oleh manusia. Komputer biologi?

Adakah mereka akan peka, sedar diri, atau berasa berkonflik?

Pasukan Hartung juga memikirkan perkara ini. Beberapa ahlinya, dengan latar belakang dalam bioetika, sedang berusaha untuk menilai implikasi etika bekerja dengan OI.

Dan jika anda ingin membina komputer biologi yang kompleks, terdapat medan ranjau etika yang mesti dilalui oleh penyelidik - untuk membina simulasi otak manusia kecil, dalam organoid otak Terdapat had kepada bilangan sel dengan kuasa pengkomputeran.

Namun, jika anda ingin mengembangkan organoid yang sesuai untuk komputer, anda perlu mengembangkan 50,000 neuron kepada 10 juta.

Apabila kuasa pengkomputeran meningkat, organoid yang saling berkait ini, walaupun tidak peka sepenuhnya, mungkin akan memperoleh beberapa bentuk kecerdasan.

Ini membawa kita kembali kepada soalan lama: Apakah kesedaran?

"Setakat hari ini, kita tahu bahawa organoid ini boleh meniru tingkah laku ayunan saraf perkembangan kortikal," kata Alysson Muotri, ahli sains saraf di University of California, San Diego dan salah seorang daripada pengarang kertas kerja >

Tingkah laku ayunan saraf ini adalah gelombang otak.

Selain itu, di bawah bius, ayunan ini akan hilang secara beransur-ansur, yang juga serupa dengan otak manusia. "

"Untuk membawa organoid dalam alam kesedaran, kami melakukan beberapa rangsangan untuk mengumpul PCI," kata Muotri. PCI ialah ukuran yang dicadangkan oleh sesetengah pakar untuk mengukur tahap kesedaran sesuatu organisma atau entiti.

Kajian mendapati otak mini buatan makmal boleh menghasilkan gelombang otak seperti bayi pramatang

Tetapi adakah kecerdasan organoid akan muncul? Bilakah ia akan muncul?

Tiada siapa boleh tahu.

Hank Greely, seorang profesor undang-undang dan genetik di Universiti Stanford, pakar dalam mengkaji isu etika dalam rangkaian saraf.

Kita mungkin suatu hari nanti mencipta organoid saraf manusia yang boleh bertindak seperti otak dan mempunyai sedikit kecerdasan, katanya. Tetapi walaupun begitu, kita masih tahu sedikit tentang soalan ini: Apakah sebenarnya yang mewujudkan kesedaran dalam otak kita?

"Bilangan neuron yang disambungkan bersama tidak menjadikan sesuatu yang bijak. Jika saya menyusun sejuta batu yang dipotong bersama-sama, saya tidak semestinya mempunyai Katedral Chartres; Saya mungkin hanya mempunyai sekumpulan daripada batu potong," kata Greely.

"Organoid pastinya bukan "otak mini." Ia tidak teratur seperti otak, ia tidak mengandungi sejumlah besar jenis sel seperti otak, dan ia tidak berinteraksi. dengan badan melalui input dan output Komunikasi berterusan "

Ahli matematik dan ahli falsafah Perancis René Descartes percaya bahawa kesedaran dan badan adalah dua perkara yang berbeza.

Menghadapi pelbagai krisis moral, Hartung berkata, "Mungkin tidak ada teknologi yang tidak akan mempunyai akibat yang tidak diingini."

"Walaupun sukar untuk menolak risiko sedemikian, selagi manusia mengawal input dan output serta maklum balas otak terhadap keputusan output mereka, mereka tidak akan hilang kawalan. Tetapi jika kita memberi autonomi AI atau OI, ia akan Sesuatu telah berlaku."

"Pendek kata, baik mesin silikon mahupun mesin sel tidak boleh mengawal manusia."

Sehubungan itu, netizen berkata, "AGI sebenar adalah bentuk kehidupan baru, sama ada pada silikon atau pada daging." "Autonomi pemikiran dan keinginan sebenar untuk menjana (bukan boneka berpura-pura seperti ChatGPT) adalah bukti kehidupan."

Pengenalan tesis

Mari kita lihat beberapa perkara penting daripada kertas itu.

Mengapa teknologi OI perlu dibangunkan

Para saintis sentiasa bersemangat untuk merealisasikan pengkomputeran biologi.

Walaupun otak manusia tidak sebaik mesin dari segi pengiraan, keupayaannya untuk menangani masalah yang kompleks dan terbuka adalah jauh lebih baik daripada mesin, dan ia menggunakan lebih sedikit tenaga dan melaksanakan tugas dengan lebih banyak. dengan cekap.

Kecerdasan organik (OI) ialah percubaan terbaharu saintis untuk melaksanakan keghairahan ini.

Penyelidik di Universiti Johns Hopkins berharap dapat mencipta kecerdasan buatan menggunakan sel otak manusia. Pasukan itu memprogramkan sel kulit manusia ke dalam keadaan yang serupa dengan sel stem embrionik, membolehkan mereka memulihkan keupayaan mereka untuk membentuk sel otak dan dengan itu mempunyai fungsi asas seperti ingatan dan pembelajaran.

Masanya telah tiba untuk membangunkan teknologi OI

Menjana semula sel manusia Memprogramkan sel stem dan membangunkan organoid otak tiga dimensi daripada sel stem pluripoten menjadikan OI mungkin.

Dalam dekad yang lalu, budaya sel otak telah berkembang daripada budaya monolayer tradisional kepada budaya tiga dimensi yang lebih seperti organ, tersusun, Pusat Pengujian Haiwan Alternatif Universiti Johns Hopkins, dsb. institusi telah menghasilkan organ otak yang sangat piawai dan berskala ini.

Kebanyakan organ otak yang dikultur mempunyai sinaps aktif, menunjukkan bahawa ia setanding dengan otak lapisan kortikal bayi pramatang dan corak gelombang kejutan.

Kultur organ ini juga kaya dengan pelbagai sel yang terlibat dalam pembelajaran biologi.

Pautan silang OI dengan teknik lain

Mendedahkan organoid otak yang dikultur kepada rangsangan elektrik dan kimia, pemantauan melalui input dan output, sahkan sama ada pembelajaran berlaku di dalamnya.

Jumlah besar data maklum balas yang dijana oleh OI dianalisis oleh AI dengan kuasa pengkomputeran yang berkuasa, yang memerlukan mengaitkan perubahan organ dengan isyarat keluaran tertentu Dalam proses ini, OI Ia telah membina jambatan yang menyepadukan alatan pelbagai disiplin seperti pembelajaran mesin, statistik, pemprosesan isyarat dan teori maklumat.

Menyimpulkan keterkaitan organ juga merupakan tugas penting Menggunakan alat dari pengimejan otak dan biologi pengiraan, adalah mungkin untuk memetakan input dan output sambungan sistem saraf organoid dan menentukan neuron. sama ada sambungan yang berkesan telah diwujudkan.

Ia perlu menyediakan infrastruktur yang pantas, boleh dipercayai dan berskala untuk penyimpanan dan pemprosesan data OI Ia perlu dapat menyesuaikan diri dengan jumlah data yang besar yang boleh dikira dan dikeluarkan oleh setiap lapisan rangkaian biologi, dan ia juga mesti mempunyai keupayaan untuk berubah secara dinamik .

Strategi penyimpanan yang digunakan oleh pasukan JHU terutamanya untuk membangunkan penyelesaian yang serupa dengan percubaan CERN Large Hadron Collider, menggunakan pencetus kompleks untuk pengesanan masa nyata peristiwa, dan hanya mereka yang mempunyai nilai penemuan berpotensi Masa akan dipelihara. Pada masa hadapan, dengan membina komuniti OI, infrastruktur data besar yang berkuasa dan boleh dihasilkan semula boleh diwujudkan dengan cepat.

Peningkatan lanjut OI

Pertama sekali, adalah perlu untuk meningkatkan kerumitan pengkomputeran biologi Dalam OI, organoid boleh memainkan a peranan dalam antara muka silikon dan persekitaran Fungsi interaksi dan algoritma yang mengoptimumkan interaksi silikon-silikon boleh meningkatkan kemandirian OI.

Kami juga berharap dapat memasukkan isyarat biologi yang lebih kompleks kepada OI, seperti perwakilan input yang lebih serupa dengan penglihatan manusia.

Kemajuan dalam biologi molekul dalam keplastikan sinaptik adalah penting untuk pengoptimuman OI Dengan memperbaiki keadaan pertumbuhannya, ia dapat menyatakan dengan lebih baik kesan pembelajaran otak manusia.

Visi untuk teknologi OI

Menubuhkan OI sebagai bentuk biokomputer yang sebenar, menggunakan organoid otak secara beretika.

Realisasikan revolusi dalam biokomputer, atasi batasan pengkomputeran berasaskan silikon dan pengkomputeran AI, capai membuat keputusan yang lebih pantas, pembelajaran berterusan dan meningkatkan kecekapan melaksanakan tugasan ini.

Menjelaskan kebijaksanaan manusia dengan lebih jelas dan membawa harapan untuk rawatan kecacatan kognitif dan penyakit lain yang berkaitan.

Atas ialah kandungan terperinci Para saintis AS merancang untuk membina komputer daripada sel otak manusia. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!