Powstał pierwszy „biokomputer” zbudowany z minimózgów. Potrzebuje mniej energii niż zwykły

W tym artykule:

1. Biologiczna tkanka zamiast krzemu
2. Budowanie komputera na odległość
3. Co potrafi „biokomputer”?
4. Zdalne badania minimózgów?

Ludzi mózg fascynuje naukowców od dekad. I to zarówno neurologów, jak i bioinżynierów. Dzięki próbom emulowania jego możliwości – czyli budowania systemów gromadzących i przetwarzających informacje – mamy dzisiaj zaawansowane programy uczenia maszynowego. Sztuczne inteligencje, z których najbardziej znane stały się duże model językowe (LLM), takie jak GPT-4 i pokrewne.

Jednak z tymi silnikami napędowymi Chata GPT i innych wiąże się pewien problem. Przygotowanie ich do pracy – czyli wytrenowanie na odpowiednio dobranych zbiorach danych – jest wyjątkowo energochłonne. Wytrenowanie prekursora GPT-4 – GPT-3 – wymagało 10 GWh energii. To sześć tysięcy razy więcej niż przeciętny Europejczyk zużywa rocznie.

Nie należy się spodziewać, że ta ilość się zmniejszy. Już teraz światowy przemysł IT generuje 2 proc. globalnej emisji dwutlenku węgla. Przewiduje się zaś, że do 2023 r. jego część zajmująca się AI będzie pochłaniała aż 3,5 proc. światowej energii elektrycznej.

Biologiczna tkanka zamiast krzemu

Co z tym zrobić? Odpowiedź może kryć się w rozwijającej się dziedzinie nauki znajdującej się między fizjologią, neurologią a przetwarzaniem danych. To wetware computing – czyli tworzenie żywych systemów opracowujących dane, biokomputerów. Zamiast krzemu budulcem są tutaj ludzkie neurony. A dokładniej ich większe skupiska, zwane organoidami albo minimózgami.

Ludzki mózg składa się z 86 mld neuronów. Choć jego waga to tylko 2 proc. wagi całego ciała, pochłania aż 20 proc. zużywanej przez nas codziennie energii. Dziennie nasz mózg potrzebuje do pracy 0,3 kWh. To odpowiednik około 260 kalorii. Składające się z tkanki mózgowej organoidy są jednak znacznie mniejsze – kultury składają się nie z miliardów, ale z setek tysięcy komórek. Są więc znacznie mniej „energożerne”.

Budowanie komputera na odległość

Na jakim etapie znajduje się obecnie wetware computing? W połowie maja szwajcarski start-up pochwalił się ciekawym osiągnięciem w tej dziedzinie. Firma FinalSpark ogłosiła, że stworzyła platformę online dającą zdalny dostęp do połączonych elektrodami minimózgów. Pozwala prowadzić na nich badania za pośrednictwem sieci.

„Biokomputer” podłączony do platformy składa się z 16 organoidów. Ułożone są na czterech matrycach, a do każdego przyczepionych jest 8 elektrod. Oprócz tego układ zawiera system mikrokanalików, przez które minimózgom dostarczane są woda, tlen oraz substancje odżywcze. „Takie bioprocesory, składające się z żywych neuronów (…) pochłaniają miliony razy mniej energii niż tradycyjne” – twierdzą badacze FinalSpark.

Jak naukowcy nauczyli wyhodowane w laboratorium neurony grać w Ponga. „To zupełnie nowa dziedzina nauki”

Ludzkie i mysie komórki nerwowe nauczyły się grać w prostą grę komputerową. Przełomowy eksperyment dowodzi, że minimózgi pracujące w warunkach laboratoryjnych mogą podjąć działania z...

Co potrafi „biokomputer”?

Na razie niewiele. Nie jest w stanie przeprowadzać żadnych operacji logicznych. By stał się faktycznym komputerem, konieczne jest wymyślenie całego szeregu nowych procedur wykorzystujących możliwości ludzkiej tkanki mózgowej. Nie wiadomo, czy to się w ogóle uda.

Jednak takiemu właśnie celowi ma ostatecznie służyć platforma FinalSpark. – Szczerze wierzymy, że taki ambitny cel [czyli zbudowanie pierwszego żywego procesora – przyp. red.] może zostać osiągnięty tylko na drodze międzynarodowej współpracy – mówi Fred Jordan, współzałożyciel start-upu.

Zdalne badania minimózgów?

Co na razie umożliwia platforma FinalSpark? Prowadzenie zdalnych badań na minimózgach. Naukowcy ze start-upu opisali to dokładniej w pracy opublikowanej w recenzowanym czasopiśmie „Frontiers in Artificial Intelligence”.

„The Neuroplatform umożliwia badaczom prowadzenie eksperymentów na organoidach o czasie życia wynoszącym nawet ponad 100 dni” – piszą badacze. „W tym celu usprawniliśmy proces eksperymentalny, aby szybko wytwarzać nowe organoidy, monitorować potencjały czynnościowe 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu i zapewniać stymulację elektryczną”.

W przyszłości planowane jest rozszerzenie możliwości platformy, tak by obsługiwała znacznie więcej protokołów eksperymentalnych. Takich jak np. sprawdzanie reakcji tkanki nerwowej na różne leki albo inne substancje chemiczne.

Czy wetware computing doprowadzi do rozwoju medycyny czy sztucznej inteligencji? Czas pokaże. Jak podała FinalSpark, zainteresowanych dostępem do platformy są już trzy tuziny uniwersytetów.

Źródła: Frontiers in Artificial Intelligence, BusinessWire.com, ScienceAlert, Bond University.