Biocalculul a părăsit tărâmul science-fiction-ului și a intrat în laborator
Cercetătorii elvețieni explorează frontiera calculului prin crearea de procesoare din celule vii, un domeniu cunoscut sub numele de biocalcul. Munca lor, deși inspirată de concepte adesea văzute în science-fiction, se bazează pe tehnici de laborator precise și vizează aplicații practice, din lumea reală.
La laboratorul FinalSpark, oamenii de știință dezvoltă ceea ce ei numesc „wetware” – computere construite din rețele de neuroni crescuți în laborator. Echipa pornește de la celule stem derivate din pielea umană, achiziționate de la o clinică din Japonia. Donatorii rămân anonimi, deși cererea de voluntari este mare. Co-fondatorul Fred Jordan a declarat pentru BBC că echipa folosește doar celule de la furnizori oficiali, deoarece calitatea afectează direct rezultatele experimentale.
Cercetătorii cultivă celulele stem în grupuri de neuroni și celule de susținere, numite organoizi. Aceste structuri miniaturale, asemănătoare creierului, vizibile ca mici sfere albe într-o cutie de laborator, împărtășesc aceleași blocuri de construcție celulare ca și creierul uman, dar le lipsește complexitatea acestuia. Pe parcursul mai multor luni, organoizii se maturează până când cercetătorii îi pot conecta la electrozi. În acel moment, încearcă să trimită și să primească semnale electrice între țesutul neuronal viu și un sistem de computer convențional.
Când cercetătorii trimit un semnal de la o tastatură, organoizii responsivi generează o activitate care apare pe un grafic în mișcare, similar cu o citire EEG. Uneori, semnalele se opresc neașteptat, urmate de scurte explozii de activitate.
„Sunt multe lucruri pe care încă nu le înțelegem despre ce fac organoizii și de ce,” a spus Jordan, glumind că s-ar putea să-i fi „enervat”.
Această stimulare electrică reprezintă un pas timpuriu către obiectivul final: antrenarea neuronilor pentru a procesa intrări și a produce ieșiri în moduri paralele cu învățarea automată.
Întreținerea biocomputerelor este semnificativ mai dificilă decât funcționarea hardware-ului pe bază de siliciu. Spre deosebire de creierul uman, organoizii nu conțin vase de sânge, ceea ce limitează aportul de nutrienți și longevitatea.
„Încă nu știm cum să-i facem corespunzător,” a spus Simon Schultz, profesor de Neurotehnologie și director al Centrului pentru Neurotehnologie la Imperial College London.
Extinderea duratei de viață este o provocare centrală; în prezent, organoizii FinalSpark supraviețuiesc până la patru luni. Jordan a descris cum, înainte ca un organoid să moară, echipa observă uneori vârfuri intense de activitate electrică, un fenomen înregistrat în aproximativ 1.000 până la 2.000 de cazuri în ultimii cinci ani.
Alte grupuri de cercetare explorează sisteme wetware pentru scopuri diferite. În 2022, compania australiană Cortical Labs a raportat că neuronii săi cultivați au învățat să joace jocul arcade Pong. Cercetătorii de la Universitatea Johns Hopkins studiază mini-creiere crescute în laborator pentru a ajuta la dezvoltarea de tratamente pentru tulburări neurologice precum Alzheimer și autism. Cercetătorul principal Lena Smirnova vede biocalculul ca pe un complement al siliciului, nu un înlocuitor, oferind beneficiile suplimentare ale modelării îmbunătățite a bolilor și reducerea dependenței de testarea pe animale.
Deși susținătorii recunosc că tehnologia nu va egala cipurile de siliciu în ceea ce privește viteza sau scara, ei se așteaptă să apară utilizări specializate. Schultz prezice că biocalculul va ocupa „o nișă” mai degrabă decât să concureze pe scară largă cu procesoarele tradiționale. Fascinația lui Jordan pentru această muncă rămâne legată de originile sale în ficțiune.
„Am fost întotdeauna un fan al science-fiction-ului,” a spus el. „Când ai un film sau o carte, m-am simțit întotdeauna puțin trist pentru că viața mea nu era ca în carte. Acum simt că sunt în carte, scriind cartea.”
