دانشمندان از سلول‌های مغز انسان رایانه‌ می‌سازند

شبیه داستان‌های علمی‌–‌تخیلی

کد خبر: ۸۲۸۹۷۰

تاریخ: ۱۹ آذر ۱۴۰۴ - ۱۱:۴۹

به گزارش ایران اکونومیست؛ هرچند ممکن است شبیه داستان‌های علمی‌–‌تخیلی به نظر برسد، اما شاید روزی شاهد سخت‌افزارهای محاسباتی باشیم که نه از سیلیکون سنتی، بلکه از سلول‌های زنده مغز انسان ساخته شده‌اند.

زیست‌رایانه نوعی سامانه محاسباتی است که از مواد زیستی مانند دی‌ان‌ای، پروتئین‌ها یا بافت زنده برای مثال نورون‌های پرورش‌یافته در آزمایشگاه مشتق شده و برای انجام وظایف محاسباتی استفاده می‌شود.

به نقل از آی‌ای، در این فرآیند، نورون‌ها رشد داده می‌شوند، به خوشه‌های کوچک به نام «ارگانوئیدها» تبدیل می‌شوند و سپس این خوشه‌ها به الکترودها وصل می‌شوند تا مانند رایانه‌های بسیار کوچک عمل کنند. جالب اینکه این زیست‌رایانه‌ها انرژی بسیار کمتری از رایانه‌های معمولی مصرف می‌کنند. در حال حاضر، این فناوری هنوز بسیار جدید است و فعلا زیست‌رایانه‌ها تنها قادر به انجام فعالیت‌های ساده هستند.

در سال ۲۰۲۲، شرکت استرالیایی کورتیکال لبز (Cortical Labs) با خبرساز شدن نشان داد که چگونه می‌توان نورون‌های مصنوعی را وادار کرد بازی کلاسیک پونگ (Pong) را انجام دهند. نمونه‌ دیگر، سامانه‌ زیست محاسباتی «Brainoware» است که سلول‌های زنده‌ مغزی را به رایانه متصل می‌کند تا به قابلیت‌های ساده‌ تشخیص گفتار دست پیدا کند.

به ‌تازگی، در ماه اوت، یک گروه در دانشگاه بریستول گزارش داد که از ارگانوئیدهای مغزی انسانی برای تشخیص حروف بریل استفاده کرده است. تمرکز فعلی در چندین آزمایشگاه دانشگاهی و تجاری روی رشد نورون‌های انسانی و تبدیل آنها به سامانه‌های کارکردی مشابه «ترانزیستورهای زیستی» است.

بهره‌گیری از توان مغز

کارشناسان تلاش می‌کنند به راندمان خارق‌العاده‌ مغز انسان نزدیک شوند؛ مغزی که با مصرف کمتر از ۲۰ وات قادر است در هر ثانیه یک میلیارد عملیات ریاضی انجام دهد.

در مقابل، قوی‌ترین ابررایانه‌ها هرچند از نظر سرعت قابل رقابت‌اند یک میلیون برابر انرژی بیشتر مصرف می‌کنند.

برام سروِی، دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی دانشگاه ملبورن می‌گوید: بنیان‌های محاسبات زیستی نزدیک به ۵۰ سال پیش شکل گرفت. نخستین بار، نورون‌ها روی آرایه‌های کوچک الکترودی رشد داده شدند تا الگوهای عملکرد آنها بررسی شود.

تا اوایل دهه ۲۰۰۰، ارتباط دوطرفه‌ ابتدایی میان نورون‌ها و الکترودها ایده‌ «محاسبات زیست‌ـ‌هیبریدی» را ایجاد کرد، اما پیشرفت جدی تا سال ۲۰۱۳ و ظهور ارگانوئیدهای مغزی صورت نگرفت.

این ارگانوئیدها ساختارهای سه‌بعدی و شبه‌مغزی بودند که از سلول‌های بنیادی رشد داده می‌شدند. اکنون استفاده از این ارگانوئیدها که معمولا با فناوری «اندام روی تراشه» همراه است در پژوهش‌های دارویی و مطالعات رشد عصبی استاندارد به کار می‌رود.

چالش‌های اخلاقی

این حوزه در سال ۲۰۲۲، زمانی که کورتیکال لبز نشان داد نورون‌های کشت‌ داده ‌شده می‌توانند بازی پونگ را یاد بگیرند، وارد مرحله‌ای پرحاشیه شد. بحث بیشتر نه به دلیل علم، بلکه به خاطر استفاده از اصطلاح مناقشه‌برانگیز «احساس تجسمی» بود.

به دنبال آن، محققان اصطلاح «هوش اَرگانوئیدی» را مطرح کردند؛ عبارتی جذاب، اما گمراه‌کننده، زیرا ممکن است شباهت نادرستی با هوش مصنوعی پیشرفته القاء کند، در حالی که عملکرد این دو کاملا متفاوت است.

چارچوب‌های اخلاقی هنوز عقب‌ترند، زیرا ارگانوئیدها در قوانین فعلی تنها به‌عنوان ابزارهای زیست‌پزشکی طبقه‌بندی می‌شوند. همین موضوع باعث شده درخواست‌هایی فوری برای تدوین دستورالعمل‌های اخلاقی جدید مطرح شود تا با سرعت تجاری‌سازی هماهنگ شود.

در حالی که حتی بدون تحریک خارجی زیاد، رفتارهای شبکه‌ای پیچیده در ارگانوئیدها ظاهر می‌شود، کارشناسان عموما توافق دارند که این ارگانوئیدها نه آگاه‌ هستند و نه حتی نزدیک به آگاهی قرار دارند.

پیشرفت جهانی

شرکت‌ها و مؤسسات دانشگاهی در سراسر جهان از جمله در آمریکا، سوئیس، چین و استرالیا در حال ساخت پلتفرم‌های زیست‌ـ‌هیبریدی هستند.

شرکت‌هایی مانند فاینال اسپارک (FinalSpark) که دسترسی آنلاین به ارگانوئیدها ارائه می‌دهد و کورتیکال لبز که زیست‌رایانه‌های رومیزی CL۱ را عرضه می‌کند، انتظار دارند مشتریانی فراتر از صنعت داروسازی، از جمله پژوهشگران هوش مصنوعی، جذب آنها شوند. گزارش شده که بلندپروازی‌های دانشگاهی نیز بالاست؛ مثلا دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو قصد دارد تا سال ۲۰۲۸ از ارگانوئیدها برای پیش‌بینی نشت نفت در آمازون استفاده کند. در این حوزه، اولویت‌های کاری فوری شامل پیشرفت گام‌به‌گام، تکرارپذیری و توسعه مقیاس‌پذیر سامانه‌های نمونه است.

به‌طور قابل‌توجهی، بسیاری از گروه‌ها در حال بررسی ارگانوئیدها به‌عنوان جایگزینی برای مدل‌های حیوانی در پژوهش‌های علوم اعصاب و سم‌شناسی هستند. یک چارچوب کاربردی برای ارزیابی تاثیر مواد شیمیایی‌ بر رشد اولیه مغز پیشنهاد شده است. همچنین، ترکیب نورون‌ها و سامانه‌های الکترونیکی امیدهای تازه‌ای در پیش‌بینی بهتر فعالیت مغزی مرتبط با صرع نشان داده است.