Ό,τι παλαιότερα απαιτούσε μήνες ή χρόνια εξειδικευμένης εργαστηριακής εργασίας μπορεί πλέον να γίνεται σε ώρες ή ημέρες, χάρη στην ολοκληρωμένη πλατφόρμα του.
Καθώς οι εταιρείες σε όλο τον κόσμο επιδίδονται σε έναν αγώνα δρόμου για την κατασκευή περισσότερων κέντρων δεδομένων που θα τροφοδοτήσουν μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης (AI), οι ερευνητές εξετάζουν αν ζωντανά ανθρώπινα κύτταρα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε υπολογιστικά συστήματα.
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
Μια αυστραλιανή νεοφυής επιχείρηση υποστηρίζει ότι δημιούργησε την πρώτη συσκευή στον κόσμο που επιτρέπει στους χρήστες να «εκτελούν κώδικα» σε ζωντανά ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα.
Η Cortical Labs έχει αναπτύξει ένα σύστημα που συνδυάζει νευρώνες καλλιεργημένους στο εργαστήριο με υλικό πυριτίου, επιτρέποντας στους χρήστες να διερευνούν εφαρμογές που εκτείνονται από τη νευροεπιστήμη και τη μοντελοποίηση ασθενειών μέχρι τη ρομποτική και την τεχνητή νοημοσύνη (AI).
Το σύστημα, CL1, λειτουργεί καλλιεργώντας νευρώνες από βλαστοκύτταρα και τοποθετώντας τους σε τσιπ που μπορούν να στέλνουν και να λαμβάνουν ηλεκτρικά σήματα.
«Χρησιμοποιούμε αυτά τα κύτταρα περισσότερο με μια μηχανική προσέγγιση, για να φτιάξουμε κάτι που στην πραγματικότητα δεν έχει υπάρξει ποτέ μέχρι σήμερα και μπορεί να έχει ιδιότητες που δεν είχαμε ποτέ τη δυνατότητα να αξιοποιήσουμε. Και μέχρι στιγμής, τα αποτελέσματα είναι πολύ ενθαρρυντικά», δήλωσε στο Euronews Next ο Brett J. Kagan, επικεφαλής επιστημονικός και επιχειρησιακός διευθυντής της Cortical Labs.
«Το μόνο που χρειάζεται είναι λίγο αίμα ή λίγη ποσότητα δέρματος και μπορείς να παράγεις απεριόριστη ποσότητα από αυτά τα κύτταρα, τα οποία στη συνέχεια μπορείς να μετατρέψεις σε νευρώνες», πρόσθεσε ο Kagan.
Η εταιρεία αναφέρει ότι εργάζεται πάνω σε εγκαταστάσεις βιολογικής πληροφορικής στη Μελβούρνη και τη Σιγκαπούρη, όπου πολλαπλές μονάδες του συστήματός της θα μπορούσαν να εγκατασταθούν και να είναι προσβάσιμες εξ αποστάσεως.
Πώς διαφέρει από το συμβατικό τσιπ πυριτίου;
Το CL1 επιτρέπει στους χρήστες να αλληλεπιδρούν άμεσα με τους νευρώνες, στέλνοντας ηλεκτρικά σήματα ως εισόδους και ερμηνεύοντας σε πραγματικό χρόνο τον τρόπο με τον οποίο ανταποκρίνονται τα κύτταρα.
Όπως και τα συμβατικά υπολογιστικά συστήματα, χρησιμοποιεί τσιπ πυριτίου, τα οποία όμως είναι εξοπλισμένα με μικροηλεκτρόδια που επικοινωνούν με ζωντανούς νευρώνες, στέλνοντας σήματα και διαβάζοντας τις αποκρίσεις τους ως μέρος της διαδικασίας υπολογισμού.
Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς υπολογιστές με βάση το πυρίτιο, το σύστημα, μεγέθους κουτιού παπουτσιών, χρησιμοποιεί καλλιέργειες ζωντανών κυττάρων που χρειάζονται ένα υγρό πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά για να επιβιώσουν, μια προσέγγιση που περιγράφεται μερικές φορές ως «wetware».
Περίπου 120 μονάδες ενός τέτοιου συστήματος λειτουργούν σε ένα μικρό κέντρο δεδομένων στη Μελβούρνη της Αυστραλίας, σύμφωνα με την Cortical Labs.
Ενώ η ιδέα της καλλιέργειας νευρώνων στο εργαστήριο δεν είναι νέα, αυτό που, σύμφωνα με την Cortical Labs, έχει κάνει διαφορετικά είναι ότι τυποποίησε ένα σύστημα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί πιο εύκολα για τη σύνδεση κυτταρικών καλλιεργειών με ηλεκτρονικές διεπαφές, αντί να απαιτούνται περίπλοκες, ειδικά κατασκευασμένες εργαστηριακές διατάξεις.
Αποδοτικότητα στην ανθρώπινη βιολογία
Ό,τι μέχρι πρόσφατα απαιτούσε μήνες ή χρόνια εξειδικευμένης εργαστηριακής δουλειάς μπορεί πλέον να γίνει μέσα σε ώρες ή ημέρες χάρη στην ολοκληρωμένη πλατφόρμα της εταιρείας.
Η αλληλεπίδραση με βιολογικούς νευρώνες με αυτόν τον τρόπο θα μπορούσε να καταστήσει την υπολογιστική ισχύ πιο ενεργειακά αποδοτική και πιο προσαρμοστική σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα.
«Η βιολογία είναι απίστευτα ενεργειακά αποδοτική. Εμείς οι άνθρωποι δεν χρειαζόμαστε τεράστιους όγκους δεδομένων», είπε ο Kagan.
«Έχω μια μικρή κόρη και, για να μάθει τι είναι ο σκύλος, αρκεί να δει μερικές εικόνες από σκύλους. Η μηχανική μάθηση χρειάζεται δεκάδες χιλιάδες, εκατοντάδες χιλιάδες παραδείγματα, ανάλογα με το εκάστοτε έργο. Μπορούμε επίσης να διαχειριστούμε την αβεβαιότητα, τις θορυβώδεις πληροφορίες», πρόσθεσε.
Η χρήση κυττάρων ανθρώπινης προέλευσης θα μπορούσε επίσης να έχει ερευνητικές εφαρμογές. Επειδή οι νευρώνες καλλιεργούνται από δείγματα δοτών, ενδέχεται να αντανακλούν γενετικά χαρακτηριστικά, επιτρέποντας στους επιστήμονες να μελετήσουν πώς τα κύτταρα ανταποκρίνονται σε διαφορετικές θεραπείες σε εργαστηριακό περιβάλλον.
Ωστόσο, οι παραδοσιακοί υπολογιστές με βάση το πυρίτιο παραμένουν πολύ πιο αποτελεσματικοί σε ακριβείς, ταχείες μαθηματικές πράξεις, σημείωσε ο Kagan. Οι εξελίξεις στα σημερινά συστήματα AI ενδέχεται να πλησιάζουν τα πρακτικά τους όρια, καθώς απαιτούν ολοένα μεγαλύτερους όγκους δεδομένων και υπολογιστικής ισχύος.
Αντίθετα, τα μελλοντικά συστήματα είναι πιθανό να συνδυάζουν βιολογικές και τεχνολογίες πυριτίου, ώστε να επιτυγχάνουν δυνατότητες που καμία από τις δύο προσεγγίσεις δεν μπορεί να προσφέρει από μόνη της, σύμφωνα με τον συνιδρυτή της εταιρείας.
«Το μέλλον της πληροφορικής θα έρθει όταν θα μπορούμε να αξιοποιούμε όλα τα εργαλεία που έχουμε στη διάθεσή μας, για να πετύχουμε το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα».
Ορισμένοι ειδικοί συμφωνούν ότι τα βιολογικά συστήματα προσφέρουν πλεονεκτήματα όπως χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και προσαρμοστικότητα, αλλά αμφισβητούν μέχρι πού μπορούν να φτάσουν οι τρέχουσες προσεγγίσεις.
«Αν χρησιμοποιείτε μόνο ένα επίπεδο δίκτυο ανθρώπινων νευρώνων, δεν πιστεύω ότι θα είχε ουσιαστικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα με βάση το πυρίτιο», δήλωσε στο Euronews Next ο Alysson R. Muotri, διευθυντής του Sanford Stem Cell Education and Integrated Space Stem Cell Orbital Research (ISSCOR) Center στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο, στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Πρόσθεσε ότι πιο σύνθετες, τρισδιάστατες εγκεφαλοειδείς δομές, γνωστές ως οργανοειδή, θα μπορούσαν να προσφέρουν μεγαλύτερες δυνατότητες, αν και παραμένουν σε πειραματικό στάδιο.
Ηθικά ερωτήματα για τη βιολογία στην πληροφορική
Η χρήση ανθρώπινων κυττάρων στην πληροφορική εγείρει ηθικά ερωτήματα, αν και οι ερευνητές λένε ότι ο βαθμός ανησυχίας εξαρτάται από την πολυπλοκότητα του συστήματος.
Ο Muotri ανέφερε ότι δεν βλέπει σοβαρά ζητήματα με απλούστερα δίκτυα ανθρώπινων νευρώνων, όπως αυτά που χρησιμοποιούν εταιρείες τύπου Cortical Labs.
Προειδοποίησε, ωστόσο, ότι πιο σύνθετες εγκεφαλοειδείς δομές θα μπορούσαν να παρουσιάσουν προκλήσεις.
«Η ανατομική οργάνωση του ιστού… είναι πιθανό να δημιουργεί κάποιο είδος εμπειρίας μέσα στο τρυβλίο», είπε. «Αυτό μπορεί να δημιουργήσει μια μορφή συνείδησης… και κάποιοι άνθρωποι ίσως αισθάνονται άβολα γνωρίζοντας κάτι τέτοιο».
Τέτοιου είδους ανησυχίες, πρόσθεσε, ενδέχεται να καταστήσουν αναγκαίους νέους κανόνες και μηχανισμούς εποπτείας, καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται.
Ο Kagan υποστήριξε ότι η προσέγγιση της Cortical Labs μπορεί να προσφέρει ηθικά πλεονεκτήματα, όπως η μείωση της ανάγκης για δοκιμές σε ζώα και η δυνατότητα μεγαλύτερου ελέγχου πάνω στα βιολογικά συστήματα.
«Θεωρούμε ότι αυτή είναι μια πολύ καλύτερη προσέγγιση», είπε.