Ζωντανά κύτταρα ως επεξεργαστές: Το πείραμα που τοποθετεί ανθρώπινους νευρώνες μέσα στους υπολογιστές
Σε ένα εργαστήριο στην Ελβετία, η γραμμή που χωρίζει τη βιολογία από την πληροφορική γίνεται όλο και πιο λεπτή. Μικροσκοπικά σύνολα ανθρώπινων νευρώνων, καλλιεργημένα μέσα σε δοκιμαστικούς σωλήνες, εκπαιδεύονται να εκτελούν λογικές λειτουργίες, σαν να ήταν ζωντανά τσιπ. Πρόκειται για την πιο φιλόδοξη κατεύθυνση της βιοϋπολογιστικής (biocomputing), ενός αναδυόμενου πεδίου που επιχειρεί να αξιοποιήσει τη δύναμη του ανθρώπινου εγκεφάλου για να δημιουργήσει μια εντελώς νέα γενιά επεξεργαστών.
Στο επίκεντρο αυτής της προσπάθειας βρίσκεται η ελβετική start-up FinalSpark, την οποία ίδρυσε ο Fred Jordan. Ο ίδιος περιγράφει το όραμα της εταιρείας του με μια φράση που συνοψίζει την επανάσταση που έρχεται: «Αντί να προσπαθούμε να μιμηθούμε τον εγκέφαλο, χρησιμοποιούμε απευθείας τον ίδιο τον εγκέφαλο». Με άλλα λόγια, η FinalSpark δεν δημιουργεί τεχνητή νοημοσύνη, αλλά κυριολεκτικά βιολογική νοημοσύνη μέσα σε ένα υπολογιστικό περιβάλλον.
Τα βασικά «δομικά στοιχεία» αυτής της τεχνολογίας είναι τα λεγόμενα «εγκεφαλικά οργανοειδή» (brain organoids), τρισδιάστατες μικροσκοπικές μάζες νευρικών κυττάρων που προέρχονται από επαναπρογραμματισμένα κύτταρα του ανθρώπινου δέρματος. Κάθε organoid έχει περίπου το μέγεθος του εγκεφάλου μιας μύγας και περιλαμβάνει γύρω στους 10.000 νευρώνες, ασύγκριτα λίγους σε σχέση με τα 100 δισεκατομμύρια του ανθρώπινου εγκεφάλου, αλλά αρκετούς για να παράγουν ηλεκτρική δραστηριότητα και να «μαθαίνουν» σε βασικό επίπεδο. Οι επιστήμονες τα διατηρούν ζωντανά μέσα σε ειδικά διαλύματα και τα συνδέουν με ηλεκτρόδια, τα οποία λειτουργούν ως γέφυρα επικοινωνίας ανάμεσα στους νευρώνες και τον υπολογιστή.
Όταν οι ερευνητές στέλνουν ηλεκτρικά ερεθίσματα, οι νευρώνες αντιδρούν με μετρήσιμες μεταβολές στη δραστηριότητά τους, ένα βιολογικό σήμα που μπορεί να μεταφραστεί σε ψηφιακή πληροφορία, δηλαδή σε «1» ή «0». Με αυτόν τον τρόπο, οι ζωντανοί ιστοί αρχίζουν να λειτουργούν σαν επεξεργαστικά κύτταρα, προσφέροντας τη βάση για έναν νέο τύπο υπολογιστή που βασίζεται όχι σε πυρίτιο, αλλά σε οργανική ύλη.
Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι οι επιστήμονες παρατήρησαν ένα πρωτόγονο είδος μάθησης. Όταν οι νευρώνες δέχονται επαναλαμβανόμενα ερεθίσματα και «ανταμείβονται» με μικρές ποσότητες ντοπαμίνης, της ουσίας που συνδέεται με την ευχαρίστηση και την επιβράβευση, αρχίζουν να επαναλαμβάνουν τη συμπεριφορά που οδηγεί στο «θετικό αποτέλεσμα». Πρόκειται για μια πρωταρχική μορφή εκπαίδευσης, που θυμίζει σε μικρογραφία τον τρόπο με τον οποίο μαθαίνει ένας ζωντανός οργανισμός ή μια τεχνητή νευρωνική δικτύωση.
Σύμφωνα με τον Jordan, τα βιολογικά δίκτυα νευρώνων είναι έως και ένα εκατομμύριο φορές πιο ενεργειακά αποδοτικά από τα παραδοσιακά κυκλώματα πυριτίου. Αν αυτή η αναλογία επιβεβαιωθεί σε μεγαλύτερη κλίμακα, το biocomputing θα μπορούσε να προσφέρει μια βιώσιμη, χαμηλής κατανάλωσης εναλλακτική στα σημερινά ενεργοβόρα data centers. Ωστόσο, η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη στα σπάργανα: τα organoids δεν διαθέτουν αιμοφόρα αγγεία, επιβιώνουν το πολύ τέσσερις μήνες και δεν μπορούν να «επαναχρησιμοποιηθούν» μετά τον θάνατό τους. Συχνά, λίγο πριν πάψουν να λειτουργούν, εκπέμπουν ένα ξαφνικό κύμα ηλεκτρικής δραστηριότητας, ένα τελευταίο «σήμα ζωής» που οι ερευνητές παρακολουθούν με ανάμεικτα συναισθήματα δέους και συγκίνησης.
Παρά τη φθαρτότητα αυτών των ζωντανών υπολογιστών, το ενδιαφέρον της ακαδημαϊκής κοινότητας αυξάνεται ραγδαία. Ήδη δέκα πανεπιστήμια από όλο τον κόσμο συνεργάζονται με τη FinalSpark, συμμετέχοντας σε ένα διεθνές δίκτυο ερευνών πάνω στους βιοεπεξεργαστές. Μάλιστα, η εταιρεία έχει δημιουργήσει μια διαδικτυακή πλατφόρμα που μεταδίδει ζωντανά τη δραστηριότητα των νευρώνων, επιτρέποντας στους επιστήμονες να παρακολουθούν τα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο.
Παρόμοιες έρευνες διεξάγονται και σε άλλα σημεία του πλανήτη. Στην Αυστραλία, η Cortical Labs κατάφερε να «εκπαιδεύσει» καλλιέργειες νευρικών κυττάρων ώστε να παίζουν το κλασικό βιντεοπαιχνίδι Pong, ενώ στο Johns Hopkins University οι ερευνητές χρησιμοποιούν brain organoids για να μελετήσουν νευροεκφυλιστικές παθήσεις όπως το Alzheimer και τον αυτισμό. Αυτές οι εφαρμογές δείχνουν ότι η βιοϋπολογιστική δεν περιορίζεται μόνο στην αντικατάσταση των παραδοσιακών chips, αλλά ανοίγει και νέους δρόμους για την κατανόηση του ίδιου του ανθρώπινου εγκεφάλου μέσα σε ελεγχόμενο περιβάλλον.
Οι ειδικοί τονίζουν, πάντως, ότι δεν υπάρχει λόγος για ανησυχία: τα organoids δεν διαθέτουν συνείδηση, ούτε αισθήσεις ή επίγνωση του εαυτού τους. Είναι σύνολα κυττάρων που λειτουργούν ως εργαλεία μελέτης, όχι «μίνι εγκέφαλοι». Η FinalSpark συνεργάζεται στενά με βιοηθικούς συμβούλους, ώστε η έρευνα να παραμένει εντός σαφών ηθικών ορίων και να αποφευχθούν επικίνδυνες υπερβάσεις.
[source]
