Ami korábban hónapok vagy évek speciális labormunkát igényelt, az integrált platformnak köszönhetően most órák vagy napok alatt elvégezhető.
Miközben a vállalatok világszerte azon versenyeznek, hogy több adatközpontot építsenek a mesterséges intelligencia (AI) modelljeihez, a kutatók azt vizsgálják, hogy az élő emberi sejteket felhasználhatják-e számítástechnikai rendszerekben.
Egy ausztrál start-up azt állítja, hogy megalkotta a világ első olyan eszközét, amely lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy „kódot futtatjanak” élő emberi agysejteken.
A Cortical Labs kifejlesztett egy olyan rendszert, amely egyesíti a laboratóriumban termesztett neuronokat a szilícium hardverrel, lehetővé téve a felhasználók számára, hogy az idegtudománytól és a betegségek modellezésétől a robotikáig és a mesterséges intelligenciáig (AI) számos alkalmazást fedezzenek fel.
A CL1 rendszer úgy működik, hogy őssejtekből neuronokat növeszt, és azokat olyan chipekre helyezi, amelyek képesek elektromos jeleket küldeni és fogadni.
„Ezeket a cellákat inkább mérnöki megközelítésként használjuk, hogy megépítsünk valamit, ami korábban soha nem létezett, és olyan tulajdonságokkal rendelkezhet, amelyeket korábban soha nem tudtunk használni. És az eddigi eredmények nagyon izgalmasak” – mondta Brett J. Kagan, a Cortical Labs tudományos igazgatója és operatív igazgatója, az 2022 Plusz Next.
„Csak egy kis vérre vagy bőrre van szükséged, és ezekből a sejtekből korlátlan mennyiségű készletet generálhatsz, amelyeket aztán neuronokká alakíthatsz” – tette hozzá Kagan.
A vállalat azt állítja, hogy biológiai számítástechnikai létesítményeken dolgozik Melbourne-ben és Szingapúrban, ahol rendszerének több egysége telepíthető és távolról elérhető lenne.
Miben különbözik a hagyományos szilícium chiptől?
A CL1 lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy közvetlenül érintkezzenek a neuronokkal, elektromos jeleket küldjenek bemenetként, és értelmezzék, hogyan reagálnak a sejtek valós időben.
A hagyományos számítástechnikai rendszerekhez hasonlóan szilícium chipeket használ, de mikroelektródákkal vannak felszerelve, amelyek élő neuronokkal kommunikálnak, jeleket küldenek és a számítás részeként kiolvassák válaszaikat.
A hagyományos szilícium alapú számítógépekkel ellentétben a cipősdoboz méretű rendszer élő sejttenyészeteket használ, amelyeknek tápanyagban gazdag folyadékra van szükségük a túléléshez. Ezt a megközelítést néha „wetware”-nek nevezik.
A Cortical Labs szerint mintegy 120 ilyen rendszer működik egy kis adatközpontban az ausztráliai Melbourne-ben.
Bár a neuronok laborban történő tenyésztésének ötlete nem új keletű, a Cortical Labs azt állítja, hogy másképp csinálta, hogy szabványosított egy olyan rendszert, amely könnyebben használható sejttenyészetek elektronikus interfészekhez történő csatlakoztatásakor, nem pedig bonyolult, egyedileg épített laboratóriumi beállításokat igényel.
Az emberi biológiában megtalálható hatékonyság
Ami korábban hónapok vagy évek speciális labormunkát igényelt, az integrált platformnak köszönhetően most órák vagy napok alatt elvégezhető – mondja a cég.
A biológiai neuronokkal való ilyen kölcsönhatás energiahatékonyabbá és alkalmazkodóbbá teheti a számítástechnikát, mint a hagyományos rendszerek.
„A biológia hihetetlenül energiahatékony. Nekünk (embereknek) nincs szükségünk hatalmas mennyiségű adatra.” mondta Kagan.
„Van egy kicsi lányom, és ahhoz, hogy megtanulja, mi a kutya, csak látnia kell pár képet a kutyáról. A gépi tanulásnak tízezrek, százezrek kellenek, attól függően, hogy mi a feladat. A bizonytalansággal, a zajos információkkal is meg tudunk küzdeni” – tette hozzá.
Az emberi eredetű sejtek felhasználásának kutatási alkalmazásai is lehetnek. Mivel a neuronok donor mintákból származnak, genetikai tulajdonságokat tükrözhetnek, lehetővé téve a tudósok számára, hogy tanulmányozzák, hogyan reagálnak a sejtek a különböző kezelésekre laboratóriumi körülmények között.
Ennek ellenére a hagyományos szilícium alapú számítógépek sokkal hatékonyabbak maradnak a precíz, gyors matematikai számításokban, mondta Kagan. A jelenlegi mesterséges intelligencia-rendszerek fejlődése elérheti a gyakorlati korlátokat, mivel egyre nagyobb adatmennyiséget és számítási teljesítményt igényelnek.
Ehelyett a jövőbeli rendszerek valószínűleg integrálják a biológiai és a szilícium alapú megközelítéseket, hogy olyan képességeket érjenek el, amelyeket egyikük sem tud egyedül megvalósítani – mondta a társalapító.
„A számítástechnika jövője az, amikor a rendelkezésünkre álló összes eszközt kihasználhatjuk a legjobb eredmény elérése érdekében.”
Egyes szakértők egyetértenek abban, hogy a biológiai rendszerek olyan előnyöket kínálnak, mint az alacsony energiafelhasználás és az alkalmazkodóképesség, de megkérdőjelezik, meddig mehetnek el a jelenlegi megközelítések.
„Ha csak emberi neuronok lapos hálózatát használjuk, nem hiszem, hogy jelentős előnyökkel járna a hagyományos szilícium alapú rendszerekhez képest” – mondta Alysson R. Muotri, az egyesült államokbeli Kaliforniai Egyetem San Diego-i Sanford Stem Cell Education és Integrated Space Stem Cell Orbital Research (ISSCOR) Központjának igazgatója az 2022 Plusz Nextnek.
Azt mondta, hogy a bonyolultabb, háromdimenziós agyszerű struktúrák, az úgynevezett organoidok nagyobb lehetőségeket kínálhatnak, bár ezek továbbra is kísérletiek.
Etikai kérdések a biológia körül a számítástechnikában
Az emberi sejtek számítástechnikában való felhasználása etikai kérdéseket vet fel, bár a kutatók szerint az aggodalom mértéke a rendszer összetettségétől függ.
Muotri azt mondta, hogy nem lát komolyabb problémákat az emberi neuronok egyszerűbb hálózataiban, mint például az olyan cégek, mint a Cortical Labs.
Arra azonban figyelmeztetett, hogy az összetettebb agyszerű struktúrák kihívásokat jelenthetnek.
„A szövet anatómiai szervezete… valószínűleg valamilyen tapasztalatot generálhat egy edényben” – mondta. „Ez egyfajta tudatosságot teremthet… és egyesek kényelmetlenül érzik magukat ennek tudatában.”
Hozzátette, az ilyen aggályok új szabályokat és felügyeletet igényelhetnek a technológia fejlődésével.
Kagan szerint a Cortical Labs megközelítése etikai előnyökkel járhat, beleértve az állatkísérletek szükségességének csökkentését és a biológiai rendszerek nagyobb ellenőrzését.
„Úgy találjuk, hogy ez sokkal jobb megközelítés” – mondta.
