Človeški možgani so pri obdelovanju podatkov brez konkurence. Superračunalniki lahko hitreje od človeka obdelajo le ogromne količine številk in podatkov, v številnih drugih vidikih pa so človeški možgani še vedno nepremagljivi. So pa znanstveniki na dobri poti, da v prihodnosti razvijejo računalnik, ki bi za delovanje uporabljal v laboratoriju razvite "človeške možgane" ali možganske organoide.
Sliši se kot znanstvena fantastika, ki postaja realnost. Skupina ameriških znanstvenikov verjame, da je na dobri poti k razvoju računalnika, ki bi ga poganjale človeške možganske celice oziroma možganski organoidi. Novo področje znanosti se imenuje “organoidna inteligenca” (OI).
Organoidi so v laboratoriju vzgojena tkiva, podobna človeškim organom. Gre za tridimenzionalne strukture, ki so običajno pridobljene iz matičnih celic in se v znanstvene namene uporabljajo že skoraj dve desetletji. S to metodo so lahko znanstveniki eksperimente začeli opravljati na nadomestnih organih ter se tako izognili testiranjem na ljudeh in živalih.
Pri možganskih organoidih pa gre za konico pisala velike celične kulture z nevroni, ki so sposobni možganskih funkcij in tvorijo množice povezav. Znanstveniki ta pojav imenujejo “inteligenca v posodici” (ang. intelligence in a dish). V osnovi možganski organoidi sicer niso podobni majhni različici človeških možganov.
Pionir vzgoje možganskih organoidov je ameriški profesor okoljskega zdravja in inženiringa, dr. Thomas Hartung. Ta je prve možganske organoide začel vzgajati že leta 2012 s pomočjo vzorcev človeške kože. Prav Hartung si sedaj z ekipo znanstvenikov prizadeva, da bi možganske organoide združil v neke vrste biološko strojno opremo ali bioračunalnik, ki bo energetsko učinkovitejši od superračunalnikov, piše CNN.
Kot je ekipa znanstvenikov na čelu s Hartungom opisala v raziskavi, ki je bila nedavno objavljena v znanstveni reviji Frontiers in Science, bi takšni bioračunalniki uporabljali omrežja možganskih organoidov. To bi lahko predstavljalo revolucijo v načinu testiranja zdravil za nevrološke motnje in bolezni, omogočilo vpogled v človeške možgane ter na splošno spremenilo prihodnost računalništva.
Kot je dejal Hartung, sta bila računalništvo in umetna inteligenca gonilna sila tehnološke revolucije, vendar se počasi približujeta zgornji meji. To tehnološko mejo bi sedaj utegnilo preseči bioračunalništvo.
PROFIMEDIA
Človeški možgani v primerjavi z umetno inteligenco
Umetna inteligenca se zgolj zgleduje po človeških miselnih procesih, ne more pa v celoti posnemati vseh zmožnosti človeških možganov z več milijardami nevronov. Zaradi te vrzeli še vedno lahko delujejo spletni varnostni ukrepi, pri katerih prek slikovnih ali besednih nalog dokazujete, da niste robot.
V čemer umetna inteligenca in superračunalnik presegata človeka, je hitrejše obdelovanje ogromnih količin podatkov. Eden izmed mnogih primerov, ki to dokazuje, je računalnik AlphaGo, ki je prvi premagal človeka v igri Go in je bil sposoben sprocesirati kar 160.000 preteklih odigranih iger. Za enako količino iger bi moral človek igro Go po pet ur na dan igrati več kot 175 let.
Na drugi strani so človeški možgani v primerjavi s superračunalniki energetsko veliko učinkovitejši, boljši so pri učenju in reševanju kompleksnih logičnih nalog. Tako lahko na primer človeški možgani ločijo med mačko in psom, računalnik pa tega ni zmožen.
Prvi in najhitrejši superračunalnik Frontier sicer hranijo v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge v Tennesseeju. Vreden je več kot pol milijona evrov, tehta pa okoli 3.629 kilogramov, vsaka omara s strojno opremo pa dodatno tehta še za dva poltovornjaka. Računalnik je lani presegel računalniško zmogljivost enih človeških možganov, vendar pri uporabi teh zmogljivosti porabi milijonkrat več energije. Človeški možgani imajo tudi neverjetno zmogljivost shranjevanja informacij, ki je ocenjena na 2.500 (terabajtov).
Pionirja na področju matičnih celic John B. Gurdon in Šinja Jamanaka sta leta 2012 prejela Nobelovo nagrado za razvoj tehnike, ki omogoča razvoj organov iz razvitih celic. Odkrila sta način, kako razvite celice znova dobijo lastnosti matičnih celic, iz katerih je nato mogoče razviti katerokoli človeško tkivo. Ravno ta odkritja so znanstvenikom omogočila razvoj možganskih organoidov, ki posnemajo delovanje živih možganov. Ob tem pa so uporabni tudi za prepoznavanje in preizkušanje zdravil, ki bi lahko predstavljala tveganje za zdravje možganov.
Hartung in raziskovalci so se nato začeli spraševati, ali so možganski organoidi sposobni tudi razmišljati oziroma doseči stanje zavesti. Začeli so preučevati, na kakšen način bi možganske organoide lahko oskrbovali z informacijami in jih naučili, kako jih upravljati in z njimi komunicirati. “To odpira tudi nove možnosti raziskovanja človeških možganov ter omogoča preizkuse, ki jih sicer na etični ravni ne bi bilo mogoče delati na človeških možganih,” je za CNN pojasnil Hartung, ki organoidno inteligenco pojasnjuje kot reproduciranje kognitivnih sposobnosti (zaznavanje, spomin, mišljenje …) in senzoričnega zaznavanja (čutila).
Kljub spodbudnim začetkom področja organoidne inteligence pa je cilj, torej razvoj bioračunalnika, še vseeno relativno daleč. Možganski organoidi, ki jih za namene raziskav trenutno uporablja Hartung, so namreč še premajhni, da bi lahko že razvili organoidno inteligenco, uporabno za bioračunalnike. Vsak možganski organoid ima namreč trenutno zgolj 50 tisoč celic oziroma toliko, kot jih najdemo v živčnem sistemu vinske mušice. Posamezni organoid je trenutno velik približno eno trimilijoninko velikosti človeških možganov, kar je enakovredno približno 800 megabajtom pomnilnika. Da bi lahko naredili prvo organoidno inteligenco, bi moral biti en možganski organoid sestavljen iz vsaj desetih milijonov celic. Haurtung pri tem predvideva, da bi lahko razvoj organoidne inteligence, ki bi bila primerljiva z računalnikom zmogljivosti mišjih možganov, trajal desetletja.
Pred znanstveniki je poleg povečanja možganskih organoidov še en velik izziv. Dognati morajo, kako z njimi komunicirati. Kako jim torej pošiljati informacije ter kako od njih prejeti povratne informacije in “razmišljanja”. V študiji, ki so jo objavili avgusta lani, so sicer opisali načrt, kako bi to lahko dosegli. S pomočjo metod, ki se uporabljajo v bioinženiringu in strojnem učenju ter inovacijah, bi razvili različne vhodne in izhodne točke okoli živčnega omrežja možganskega organoida. Gre za neke vrste elektroencefalogramsko kapo (EEG – merjenje možganske električne aktivnosti z elektrodami na površini glave) okoli organoida, nekakšno prožno lupino, gosto prekrito z elektrodami, ki bi omogočala tako dovajanje informacij organoidu kot prejemanje informacij od organoida.
Hartung ob tem upa, da bo nekega dne mogoče vzpostaviti tudi komunikacijski kanal med umetno in organoidno inteligenco, kar bi omogočilo medsebojno raziskovanje njunih zmožnosti.
PROFIMEDIA
Na kakšne načine se bo lahko uporabljalo organoidno inteligenco?
Organoidna inteligenca bo po mnenju raziskovalcev imela največji vpliv na razvoj t. i. humane medicine. Pri bolnikih z nevronskimi motnjami bi lahko tako organoide razvili iz celic kože, na njih pa bi preizkušali vpliv različnih zdravil in dejavnikov na določenega pacienta. Prav tako bi bilo možno preučevati kognitivne vidike nevroloških bolezni.
“Z organoidno inteligenco bi lahko na primer primerjali informacije možganskih organoidov, pridobljenih iz zdravih ljudi in bolnikov z Alzheimerjevo boleznijo (oziroma drugimi nevrološkimi boleznimi), in poskušali odpraviti relativne pomanjkljivosti. Prav tako bi jo lahko uporabili za preverjanje, ali določene snovi, kot so pesticidi, povzročajo težave s spominom ali učenjem,” je za CNN pojasnil Hartung. Organoidna inteligenca bi lahko pomagala bolje razumeti tudi človeške mentalne procese.
“Orodja, ki jih razvijamo za biološko računalništvo, nam bodo omogočila razumevanje sprememb v nevronskih omrežjih, značilnih za avtizem. Brez testiranj na živalih ali fizične prisotnosti bolnikov bi tako lahko razumeli osnovne mehanizme, zakaj imajo bolniki določene kognitivne težave in okvare,” je dejala soavtorica študije Lena Smirnova.
Kot rečeno, je razvoj organoidne inteligence iz možganskih organoidov še v povojih. Kljub temu pa so prvi rezultati zelo spodbudni in kažejo, kaj vse bo mogoče storiti v prihodnosti. Ne nazadnje so v avstralskem laboratoriju, ki ga vodi eden od avtorjev zgornje študije, nedavno pokazali, da je mogoče možganske celice naučiti, kako igrati enostavno videoigro Pong. Ekipa avstralskih znanstvenikov zdaj to poskuša tudi na možganskih organoidih. Ponovitev poskusa z videoigro Pong na organoidih pa bi že pomenila stvaritev osnovne organoidne inteligence, je prepričan Hartung. Od tu bi se organoidno inteligenco lahko samo še nadgrajevalo, do točke, ko bi lahko izkoristili njen celotni potencial.
Vprašanja o etičnosti poskusov na možganskih organoidih
Razumljivo pa ustvarjanje možganskih organoidov porajajo tudi etična vprašanja. Na primer, ali bi lahko ti razvili zavest in čutili bolečino. Poraja se tudi vprašanje, kakšne pravice imajo osebe, od katerih celic so bili ustvarjeni organoidi.
Hartung poudarja, da je njihova usmeritev vseskozi razvijanje organoidne inteligence na etičen in družbeno sprejemljiv način. Že sedaj so v razvoj vključeni strokovnjaki za etiko, prav tako bodo njihove prihodnje raziskave venomer pod budnim očesom znanstvenikov, strokovnjakov za etiko in javnosti. Vsa etična vprašanja tako nameravajo naslavljati in reševali sproti.
Tudi pravni strokovnjaki menijo, da je vključevanje javnosti v razvoj in razumevanje organoidov ključnega pomena, saj se lahko le tako omili ustvarjanje konstruktov na podlagi domnev ali ugibanj. “Družba ne more pasivno čakati na nova odkritja, ampak mora sodelovati pri prepoznavanju in reševanju morebitnih etičnih dilem ter zagotavljati, da je vsako eksperimentiranje znotraj etičnih meja,” je pojasnil zaslužni profesor prava Julian Kinderlerer z južnoafriške Univerze Cape Town.
Ob razvoju umetne inteligence, kot je ChatGPT, se pojavljajo tudi vprašanja, ali bodo računalniki lahko kmalu opravili tudi Turingov test (test sposobnosti računalnika izkazovati inteligentno obnašanje, ki je podobno ali popolnoma enako človeškemu). ChatGPT lahko učinkovito razbira informacije, zbrane na spletu, ne more pa razmišljati in čutiti. Sistemi možganskih organoidov bi lahko pokazali ključne vidike inteligence in tudi čutenja.
“To znanstveno področje zato zahteva temeljito preučitev etičnih posledic te tehnologije. Zagotoviti moramo, da bo vsak korak v procesu potekal z znanstveno integriteto, hkrati pa se zavedati, da je najpomembnejše vprašanje potencialni vpliv na družbo. Organoidna inteligenca briše mejo med človeško kognicijo in strojno inteligenco, tehnologija in biologija pa napredujeta s hitrostjo, ki bi lahko prehitela potrebne etične in moralne razprave. To nastajajoče področje mora zato odločno pristopiti k reševanju etičnih in moralnih vprašanj, ki so povezana s tovrstnim znanstvenim napredkom, in to preden se tehnologija zruši v moralno brezno,” je svoj dvom izpostavil profesor Gary Miller z newyorške Univerze Columbia.
