(CNN) Computers aangedreven door menselijke hersencellen klinken misschien als sciencefiction, maar een team van onderzoekers in de VS gelooft dat dergelijke machines, onderdeel van een nieuw veld genaamd ‘organische intelligentie’, de toekomst kunnen bepalen – en nu hebben ze een plan om daar te komen .
Organellen zijn in het laboratorium gekweekte weefsels die op organen lijken. Deze driedimensionale structuren, meestal afgeleid van stamcellen, worden al bijna twee decennia in laboratoria gebruikt, omdat wetenschappers schadelijke tests bij mensen of dieren hebben kunnen vermijden door te experimenteren met de functie van de nieren, longen en andere organen.
Hersenorganoïden zien er eigenlijk niet uit als kleine versies van het menselijk brein, maar celculturen ter grootte van een penpunt bevatten neuronen die hersenachtige functies kunnen uitvoeren, en ze vormen een groot aantal verbindingen.
Wetenschappers noemen dit fenomeen ‘intelligentie op een bord’.
Dr. Thomas Hartung, een professor in milieuhygiëne en engineering aan de Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health en Whiting School of Engineering in Baltimore, begon in 2012 hersenorganoïden te kweken door menselijke huidmonsters te veranderen.
Hij en zijn collega’s stellen zich voor om de kracht van hersenorganoïden te combineren in een soort biologisch apparaat dat energiezuiniger is dan supercomputers. Deze “biocomputers” zullen netwerken van hersenorganoïden gebruiken om mogelijk een revolutie teweeg te brengen in farmaceutische tests voor ziekten zoals ziekte van AlzheimerBiedt inzicht in de menselijke geest en verandert de toekomst van computers.
Het onderzoek dat het door Hartung en zijn collega’s ontwikkelde plan voor organische intelligentie beschrijft, is dinsdag in het tijdschrift gepubliceerd grenzen in de wetenschap.
“Informatica en kunstmatige intelligentie stuwen de technologische revolutie, maar ze hebben een grens bereikt”, zegt Hartung, senior auteur van de studie, in een verklaring. “Biocomputing is een enorme inspanning om de rekenkracht te comprimeren en de efficiëntie ervan te vergroten tot voorbij onze huidige technologische limieten.”
Menselijk brein versus kunstmatige intelligentie
Hoewel AI is geïnspireerd door menselijke denkprocessen, kan de technologie niet alle mogelijkheden van het menselijk brein volledig repliceren. Deze kloof is de reden waarom mensen een op afbeeldingen of tekst gebaseerde captcha kunnen gebruiken, of de volledig geautomatiseerde generieke Turing-test om computers en mensen uit elkaar te houden, als een online veiligheidsmaatregel om te bewijzen dat ze geen bots zijn.
De Turing-test, ook wel het imitatiespel genoemd, is in 1950 ontwikkeld door een Britse wiskundige en computerwetenschapper. Alan Turing Beoordelen hoe machines intelligent mensachtig gedrag vertonen.
Maar hoe verhoudt een computer zich echt tot een menselijk brein?
Een supercomputer kan grote hoeveelheden getallen sneller verwerken dan een mens.
“AlphaGo (de AI die in 2017 de nummer 1 Go-speler ter wereld versloeg) is bijvoorbeeld getraind op data van 160.000 games”, aldus Hartung. “Iemand zou meer dan 175 jaar lang vijf uur per dag moeten spelen om zoveel games te ervaren.”
Aan de andere kant is het menselijk brein energiezuiniger en beter in leren en het nemen van complexe logische beslissingen. Iets zo basaals als het kunnen onderscheiden van het ene dier van het andere is een taak die het menselijk brein gemakkelijk kan doen en een computer niet.
Grens $ 600 miljoen Supercomputer in het Oak Ridge National Laboratory In Tennessee weegt het 8.000 pond (3.629 kg), waarbij elke kast het equivalent weegt van twee standaard pick-ups. Hartung zei dat de machine in juni de rekencapaciteit van een enkel menselijk brein overtrof, maar dat hij een miljoen keer meer energie gebruikte.
“Het brein is nog steeds ongeëvenaard door moderne computers”, zei Hartung.
“Hersenen hebben ook een verbazingwekkende capaciteit om informatie op te slaan, geschat op 2.500 (terabytes)”, voegde hij eraan toe. “We bereiken de fysieke limieten van siliciumcomputers omdat we niet meer transistors in een kleine chip kunnen passen.”
Hoe werkt een biocomputer?
Stamcelpioniers John B. Gordon en Shinya Yamanaka Hij won de Nobelprijs in 2012 om een technologie te ontwikkelen waarmee cellen kunnen worden gemaakt uit volledig ontwikkelde weefsels zoals de huid. Het baanbrekende onderzoek heeft wetenschappers zoals Hartung in staat gesteld hersenorganoïden te ontwikkelen die worden gebruikt om levende hersenen na te bootsen en om medicijnen te testen en te identificeren die risico’s kunnen vormen voor de gezondheid van de hersenen.
Hartung herinnert zich dat andere onderzoekers hem vroegen of hersenachtige organoïden konden denken of bewustzijn konden bereiken. De vraag bracht hem ertoe te overwegen organellen informatie te geven over hun omgeving en hoe ze met hen om moesten gaan.
“Dit opent onderzoek naar hoe het menselijk brein werkt”, zegt Hartung, die ook mededirecteur is van het Centre for Alternatives to Animal Experimentation in Europe. “Omdat je het systeem kunt gaan manipuleren, dingen kunt doen die je ethisch niet kunt doen met de menselijke geest.”
Hartung definieert organische intelligentie als “de reproductie van cognitieve functies, zoals leren en sensorische verwerking, in een laboratoriummodel van een mens en de hersenen.”
De hersenorganellen die Hartung momenteel gebruikt, moeten worden uitgebreid tot OI, of organische intelligentie. Elk organel bevat evenveel cellen als er in het zenuwstelsel van een fruitvlieg te vinden zijn. A Enkel biologisch Het menselijk brein is ongeveer een tot drie miljoenste van de grootte van het menselijk brein, wat betekent dat het gelijk is aan ongeveer 800 megabyte geheugenopslagruimte.
“Ze zijn erg klein, elk met ongeveer 50.000 cellen. Voor OI zouden we dat aantal moeten verhogen tot 10 miljoen, ” zei hij.
Onderzoekers hebben ook manieren nodig om met de organellen te communiceren om hen informatie te sturen en uitlezingen te ontvangen van wat de organismen ‘denken’. De auteurs van het onderzoek ontwikkelden een blauwdruk met tools uit bio-engineering en machine learning, samen met nieuwe innovaties. Het toestaan van verschillende soorten invoer en uitvoer via de netwerken van een organoïde, schreven de onderzoekers in het onderzoek, zou complexere taken mogelijk maken.
We hebben een dossier ontwikkeld Brain-computer interface-apparaat Dit is een soort elektro-encefalogram (EEG) kap voor organoïden, zei Hartung, die we introduceerden in een artikel dat afgelopen augustus werd gepubliceerd. “Het is een flexibele schaal die dicht is bedekt met micro-elektroden die signalen van de organoïde kan oppikken en de signalen ernaar kan verzenden.”
Hartung hoopt dat er op een dag een nuttig communicatiekanaal zal zijn tussen AI en OI “waardoor de twee elkaars mogelijkheden kunnen verkennen.”
Manieren om OI te gebruiken
De onderzoekers zeiden dat de meest invloedrijke bijdragen van organische intelligentie te zien zijn in de menselijke geneeskunde.
Hersenorganoïden kunnen worden ontwikkeld uit huidmonsters van patiënten met neurologische aandoeningen, waardoor wetenschappers kunnen testen hoe verschillende medicijnen en andere factoren hen beïnvloeden.
“Met OI kunnen we ook de cognitieve aspecten van neurologische toestanden bestuderen,” zei Hartung. “We kunnen bijvoorbeeld geheugenvorming in organellen van gezonde mensen en van Alzheimerpatiënten vergelijken en de relatieve tekorten proberen op te lossen. We kunnen OI ook gebruiken om te testen of bepaalde stoffen, zoals pesticiden, geheugen- of leerproblemen veroorzaken.”
Hersenorganoïden kunnen ook een nieuwe manier openen om menselijke cognitie te begrijpen.
“We willen hersenorganoïden van typische ontwikkelingsdonoren vergelijken met hersenorganoïden van autistische donoren”, zei Lena Smirnova, assistent-professor milieugezondheid en -techniek aan de Johns Hopkins University, in een verklaring.
“De tools die we ontwikkelen voor biocomputing zijn dezelfde tools die ons in staat zullen stellen veranderingen in de neurale netwerken van autisme te begrijpen, zonder dieren te gebruiken of toegang te hebben tot patiënten, zodat we de mechanismen kunnen begrijpen waarom patiënten deze cognities verwerven, ” ze zei.
Het gebruik van hersenorganoïden om organische intelligentie te creëren staat nog in de kinderschoenen. Het ontwikkelen van een OI vergelijkbaar met een computer met de hersenkracht van een muis kan tientallen jaren duren, zei Hartung.
Maar er zijn al veelbelovende resultaten die laten zien wat mogelijk is. Studie co-auteur Dr. Brett Kagan, chief scientific officer van Cortical Labs in Melbourne, Australië, en zijn team toonden onlangs aan dat Hersencellen kunnen pong leren spelenvideogame.
“Hun team test dit al met hersenorganoïden,” zei Hartung. “En ik zou zeggen dat het repliceren van dit experiment met organellen echt voldoet aan de basisdefinitie van OI. Vanaf nu is het gewoon een kwestie van het bouwen van de gemeenschap, tools en technieken om het volledige potentieel van OI te realiseren.”
Ethiek van hersenorganellen
De creatie van hersenorganoïden die in staat zijn tot cognitieve functies roept een aantal ethische vragen op, waaronder of ze bewustzijn kunnen ontwikkelen of pijn kunnen voelen, en of degenen van wie de cellen werden gebruikt om ze te maken rechten hebben op de organoïden.
“Een belangrijk onderdeel van onze visie is om OI op een ethische en sociaal verantwoorde manier te ontwikkelen”, aldus Hartung. “Om deze reden werken we vanaf het begin samen met ethici om de ‘ingebedde ethiek’-benadering vast te stellen. Alle ethische kwesties zullen voortdurend worden beoordeeld door teams bestaande uit wetenschappers, ethici en generalisten naarmate het onderzoek zich ontwikkelt.”
Het publiek betrekken bij het begrijpen en ontwikkelen van organische intelligentie is van cruciaal belang, schrijft Julian Kinderler, emeritus hoogleraar intellectueel eigendomsrecht aan de Universiteit van Kaapstad in Zuid-Afrika, in een afzonderlijk gepubliceerd politiek inzicht. Kinderlerer was niet betrokken bij de nieuwe OI-studie.
“We gaan een nieuwe wereld binnen, waar de interactie tussen mensen en menselijke constructies het onderscheid vervaagt”, schreef Kinderler. “De samenleving kan niet passief wachten op nieuwe ontdekkingen; ze moet worden betrokken bij het identificeren en oplossen van potentiële ethische dilemma’s en ervoor zorgen dat elk experiment valt binnen ethische grenzen die nog moeten worden gedefinieerd.”
Bekijk de evolutie Kunstmatige intelligentie zoals ChatGPT Hoe dicht computers bij het slagen voor de Turing-test zijn, heeft ertoe geleid dat sommigen zich afvragen hoe dicht computers bij het slagen voor de Turing-test zijn, schreef Gary Miller, vice-decaan voor onderzoeksstrategie en innovatie en professor milieugezondheidswetenschappen aan de Columbia University in New York City, in een apart artikel gepubliceerd dinsdag. Miller was niet betrokken bij de Johns Hopkins-studie.
Hoewel ChatGPT efficiënt informatie kan verzamelen op internet, kan het niet reageren op een temperatuurverandering zoals een gecultiveerd cellulair systeem dat kan, schreef hij.
“Metabrane-systemen kunnen sleutelaspecten van intelligentie en bewustzijn vertonen”, schrijft Miller.
“Dit vereist een grondig onderzoek van de ethische implicaties van technologie, waarbij ethici moeten worden betrokken. We moeten ervoor zorgen dat elke stap van het proces met wetenschappelijke integriteit wordt uitgevoerd, in het besef dat het grootste probleem de potentiële impact op de samenleving is. OI vervaagt de grens tussen menselijke cognitie en machine-intelligentie, en technologie en biologie gaan vooruit met een snelheid die de vereiste ethische en morele debatten kan overtreffen. Dit opkomende veld moet en moet een krachtige aanpak hanteren bij het aanpakken van de morele en ethische kwesties die gepaard gaan met dit soort wetenschappelijke vooruitgang voordat de technologie in de morele afgrond stort.”
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
