Компютри, задвижвани от човешки мозъчни клетки, е концепция, която може да звучи като научна фантастика, но екип от изследователи в Съединените щати вярва, че такива машини могат да оформят бъдещето. Те са част от нова област на познание, наречена органоиден интелект (OI – от „organoid intelligence“) и учените вече имат план как да го развият, пише CNN.
Органоидите са лабораторно отгледани тъкани, които приличат на органи. Тези триизмерни структури, обикновено получени от стволови клетки, се използват в лаборатории от близо две десетилетия. По този начин учените успяват да избегнат вредни тестове върху хора или животни, като експериментират със заместители на бъбреци, бели дробове и други органи.
Мозъчните органоиди всъщност не приличат на малки версии на човешкия мозък, но клетъчните култури с размер на мастилена точка съдържат неврони, способни да изпълняват функции, подобни на мозъчните, като образуват множество връзки.
Учените наричат явлението „интелект в чиния".
Д-р Томас Хартунг, професор по здравеопазване и инженерство в областта на околната среда в Университета за обществено здраве и инженерство „Джон Хопкинс“ в Балтимор, започва да отглежда мозъчни органоиди чрез промяна на проби от човешка кожа през 2012 г.
Той и неговите колеги предвиждат да комбинират силата на мозъчните органоиди в един вид биологичен хардуер, който е по-енергийно ефективен от суперкомпютрите. Идеята е въпросните „биокомпютри“ да използват мрежи от мозъчни органоиди и така да революционизират фармацевтичните тестове за заболявания като Алцхаймер, да дадат нов поглед върху човешкия мозък и да променят бъдещето на изчисленията.
Изследването, описващо плана за органоиден интелект, представен от Хартунг и неговите колеги, е публикувано в списание Frontiers in Science.
„Компютрите и изкуственият интелект са двигател на технологичната революция, но те достигат предел“, казва д-р Хартунг, който е водещият автор на изследването. „Биокомпютрите са огромно усилие за уплътняване на изчислителната мощ и повишаване на ефективността ѝ, за да надградим сегашните ни технологични граници.“
Човешкият мозък срещу изкуствения интелект
Въпреки че изкуственият интелект е вдъхновен от човешките мисловни процеси, технологията не може да възпроизведе напълно всички възможности на човешкия мозък. Тази разлика е причината, поради която хората могат да разчитат деформирано изображение или текст от програмите за защита CAPTCHA (Completely Automated Public Turing Test To Tell Computers and Humans Apart) – като мярка за онлайн сигурност, при която човек доказва, че не е бот.
Суперкомпютърът обаче може да обработи огромни количества информация по-бързо от човешки мозък. „Например, Alphago (изкуственият интелект, който през 2017 г. победи играч №1 в света на играта Go) е обучен с данни от 160 000 игри“, посочва Хартунг. „Човек трябва да играе по пет часа на ден в продължение на над 175 години, за да натрупа толкова много опит.“ От друга страна, човешкият мозък е по-енергийно ефективен, както и по-добър в ученето и вземането на сложни логически решения.
Frontier, суперкомпютър на стойност 600 милиона долара в Националната лаборатория Оук Ридж в Тенеси, тежи 3 629 килограма – еквивалент на два стандартни пикапа. Машината надхвърли изчислителния капацитет на един човешки мозък през юни 2022 г., но използва милион пъти повече енергия“, коментира Хартунг.
„Мозъкът все още е ненадминат от съвременните компютри“, твърди професорът. „И има невероятен капацитет за съхранение на информация, равняващ се на 2500 терабайта“, добави той. „Достигаме физическите граници на силициевите компютри, защото не можем да съберем повече транзистори в малък чип.“
Как може да работи един биокомпютър
През 2012 г. пионерите в областта на стволовите клетки Джон Б. Гърдън и Шиня Яманака получиха Нобелова награда за разработването на техника, която позволява генерирането на клетки от напълно развити тъкани като кожата. Революционните изследвания позволиха на учени като Хартунг да разработят мозъчни органоиди, които се използват за имитиране на живи мозъци и тестване на лекарства, които могат да представляват риск за здравето на мозъка.
Хартунг си спомня, че други изследователи са го питали дали мозъчните органоиди могат да мислят или да постигнат съзнание. Въпросът го подтикна да обмисли възможността да подава информация към органоидите за средата, в която се намират, и как да взаимодействат с нея. „Това отваря нова възможност да изследваме как работи човешкият мозък. Защото можете да манипулирате органоидната система, като правите неща, които не можете да правите с човешкия мозък от етична гледна точка“, коменира Хартунг, който е и кодиректор на Центъра за алтернативи на изпитанията върху животни в Европа.
Професорът определя органоидната интелигентност като „възпроизвеждане на когнитивни функции, като учене и сензорна обработка, в лабораторно отгледан модел на човешки мозък“.
Мозъчните органоиди, които в момента той използва, ще трябва да бъдат увеличени за постигането на OI. Всеки органоид има приблизително толкова клетки, колкото се намират в нервната система на плодовата мушица. Един органоид е с размер около 1/3000000 (една тримилионна част) от човешкия мозък, което означава, че е еквивалент на около 800 мегабайта памет, пише "Булевард България".
„Твърде малки са, всяка съдържа около 50 000 клетки. За OI ще трябва да увеличим този брой до 10 милиона“, казва Хартунг.
Изследователите също така се нуждаят от начини за комуникация с органоидите, за да им изпращат информация и да получават показания за това какво „мислят“. Авторите на изследването са разработили план, който включва инструменти от биоинженерство и машинно обучение, заедно с иновации. Постигането на различни видове методи за вхдо и изход на информация в органоидните мрежи би позволило изпълнението на по-сложни задачи, пишат изследователите в проучването.
„Разработихме устройство за мозъчно-компютърен инетерфейс, което е нещо като капачка за ЕЕГ (електроенцефалограма) за органоиди“, споделя Хартунг. „Това е гъвкава обвивка, която е плътно покрита с малки електроди, които могат както да улавят сигнали от органоида, така и да предават сигнали към него.“
Хартунг се надява един ден да има полезен комуникационен канал между изкуствен интелект (AI) и органоиден интелект (OI), „който ще позволи на двете страни да изследват взаимно възможностите си“.
Начини за използване на OI
Най-въздействащият принос на органоидния интелект може да се прояви в хуманната медицина.
Мозъчните органоиди биха могли да се разработят от кожни проби на пациенти с невронни нарушения, което ще позволява на учените да тестват как различни лекарства и други фактори биха могли да им повлияят. „С OI бихме могли да изучаваме и когнитивните аспекти на неврологичните състояния“, отбелязва Хартунг. „Например бихме могли да сравним формирането на паметта в органоиди, получени от здрави хора и от пациенти с Алцхаймер, и да се опитаме да поправим относителните дефицити. Бихме могли също така да използваме OI, за да тестваме дали определени вещества, като пестициди, причиняват проблеми с паметта или ученето.“
Мозъчните органоиди също биха могли да отворят нов начин за разбиране на човешкото познание. „Искаме да сравним мозъчни органоиди от типично развити донори с мозъчни органоиди от донори с аутизъм“, посочва съавторът на изследването Лена Смирнова, асистент професор по екологично здраве и инженерство в „Джон Хопкинс“.
„Инструментите, които разработваме за биологични изчисления, са същите, които ще ни позволят да разберем промените в невронните мрежи, характерни за аутизма, без да се налага да използваме животни или да тестваме върху хора, за да можем да разберем основните механизми, поради които пациентите имат тези проблеми и увреждания“, обяснява тя.
Използването на мозъчни органоиди за създаване на органоиден интелекет все още е в начален стадий. Разработването на OI, сравним с компютър с мозъчната мощ на мишка, може да отнеме десетилетия, каза Хартунг. Но вече има обещаващи резултати, които илюстрират какво е възможно. Друг съавтор на изследването д-р Брет Каган, главен научен директор в Cortical Labs в Мелбърн, Австралия, и неговият екип наскоро показаха, че мозъчните клетки могат да се научат да играят видеоиграта „Pong“.
„Техният екип вече тества това с мозъчни органоиди“, твърди Хартунг. „И бих казал, че възпроизвеждането на този експеримент с органоиди вече изпълнява основното определение за OI. Оттук нататък е само въпрос на изграждане на общността, инструментите и технологиите за реализиране на пълния му потенциал.“
Етиката на мозъчните органоиди
Създаването на човешки мозъчни органоиди, способни на когнитивни функции, повдига редица етични проблеми, включително дали те могат да развият съзнание, да усетят болка и дали тези, чиито клетки са били използвани за производството им, имат някакви права по отношение на органоидите.
„Ключова част от нашата визия е да развиваме OI по етичен и социално отговорен начин“, подчертава д-р Хартунг. „По тази причина ние си партнираме с етици от самото начало, за да установим подход на „вградена етика“. Всички етични въпроси ще бъдат непрекъснато оценявани от екипи, съставени от учени, етици и общественост, в хода на развитието на изследването.“
Включването на обществеността в разбирането и развитието на органоидния интелект е от решаващо значение, пише Джулиан Киндерлерер, почетен професор по право на интелектуалната собственост в Университета на Кейптаун, Южна Африка (б.р. – Киндерлерер не е част от новото проучване за OI и прави коментара си в отделно публикувана политическа прогноза).
„Навлизаме в нов свят, в който взаимодействието между хората и човешките конструкти размива различията“, пише Киндерлерер. „Обществото не може да чака пасивно новите открития; трябва да участва в идентифицирането и разрешаването на възможни етични дилеми и да гарантира, че всички експерименти са в рамките на етичните граници, които все още предстои да бъдат определени.“
„Наблюдението на развитието на изкуствен интелект като ChatGPT накара някои да се запитат колко близо са компютрите до преминаване на теста на Тюринг*“, пише Гари Милър, заместник-декан по изследователска стратегия и иновации и професор по екологични здравни науки в Колумбийския университет в Ню Йорк, в отделна статия, публикувана във вторник. Милър също не е част от проучването на "Джон Хопкинс“.
(б.р. – *Тестът на Тюринг, известен още като игра на имитация, е разработен през 1950 г. от британския математик и компютърен учен Алън Тюринг, за да провери дали машината има разум в човешкия смисъл на думата.)
„Въпреки че ChatGPT може ефективно да събира информация в интернет, той не може да реагира на промяна в температурата, както може култивирана клетъчна система“, продължава Милър. Характерстиките на органоидните системи дават основание на него и другите учени да допускат, че OI ще може да проявява „ключови аспекти на интелигентността и чувствителността“, присъщи на хората.
„Това изисква задълбочено изследване на етичните последици от технологията, в което етиците трябва да са задължителен компонент. Налага се да гарантираме, че всяка стъпка от процеса се провежда с научна почтеност, като същевременно признаваме, че по-големият проблем е потенциалното въздействие върху обществото. OI размива границата между човешкото познание и машинния интелект, а технологията и биологията напредват със скорост, която може да изпревари необходимите етични и морални дискусии. Тази нововъзникваща област трябва да възприеме енергичен подход за справяне с етичните и моралните въпроси, които идват с този вид научен напредък, и трябва да го направи, преди технологията да се срине в моралната бездна.“, завършва Милър.