Większość chipów krzemowych inspirowanych układem nerwowym opiera się na zasadach elektroniki cyfrowej, więc ich zdolność do pełnego naśladowania funkcji mózgu jest ograniczona. Sytuacja zmienia się diametralnie, gdy użyjemy organoidów mózgowych połączonych z układami mikroelektrod, tworząc tzw. organoidalną sieć neuronową (ONN).
Czytaj też: Wszczepili to do mysich mózgów, aby zbadać jedną reakcję. Czym właściwie były te ludzkie organoidy?
Zespół uczonych z Indiana University Bloomington pod kierunkiem dr Fenga Guo właśnie stworzył taki ONN, podłączając organoid mózgowy pochodzący z komórek macierzystych, podłączony do układu Brainoware. W ten sposób powstał hybrydowy system, który może przetwarzać i zapamiętywać informacje, symulując tym samym proces uczenia się. Praca opublikowana w czasopiśmie Nature Electronics może zaowocować stworzeniem nowych rodzajów biokomputerów, znacznie wydajniejszych od tych konwencjonalnych.
Organoidy mózgowe podstawą przyszłych biokomputerów
Konwencjonalne komputery znacznie lepiej radzą sobie z liczbami niż mózgi, choć te są niedoścignione pod względem przetwarzania złożonych informacji przy stosunkowo niskim zużyciu energii. Teraz po raz pierwszy zademonstrowano wykorzystanie organoidów mózgowych do wykonywania złożonych obliczeń.
Czytaj też: Organoidy, jakich jeszcze nie było. Wyhodowali w laboratorium oczy
Kiedy uczeni zastosowali stymulację elektryczną w zbudowanym przez siebie systemie hybrydowym, ten zareagował na sygnały, a w jego sieciach neuronowych nastąpiły zmiany. Według naukowców wynik ten sugeruje, że system hybrydowy faktycznie przetwarzał informacje i być może nawet mógł wykonywać zadania obliczeniowe bez nadzoru.
Dr Feng Guo mówi:
Odkryliśmy, że układ organoidów mózgowych i sztucznej inteligencji może dekodować sygnały z nagrań dźwiękowych, co jest pewną formą rozpoznawania mowy. Ale jego dokładność była niska. Chociaż system udoskonalano w trakcie szkolenia, osiągając dokładność na poziomie około 78 proc., to znacznie mniej niż w przypadku sztucznych sieci neuronowych.
Czy to oznacza, że komputery przyszłości będą zbudowane z komórek nerwowych? Zdecydowanie za wcześnie na takie wnioski. Chociaż Brainoware nie ma dużych wymagań energetycznych, jest układem żywym, więc jego funkcjonowanie zależy od inkubatorów i systemów hodowli komórek. Co więcej, organoidy to nadal stosunkowo niekontrolowana, heterogeniczna mieszanka typów komórek, zarówno martwych, jak i żywych – nie umiemy kontrolować ich wzrostu.
Poważnym wyzwaniem technicznym jest zarządzanie i analiza danych. Nadal potrzebne są ulepszenia interpretacji, ekstrakcji i przetwarzania danych z wielu źródeł i modalności, aby zoptymalizować kodowanie i dekodowanie informacji tymczasowych do i z Brainoware. Biokomputer będzie bezużyteczny bez opracowania odpowiednich algorytmów oraz metod analizy i wizualizacji danych.
Chociaż opracowanie biokomputerów może zająć dziesięciolecia, badania te dostarczą fundamentalnych informacji na temat mechanizmów uczenia się, rozwoju neuronów i poznawczych implikacji chorób neurodegeneracyjnych.