Inimese ajurakkudel töötavad bioarvutid: samm organoidse intelligentsuse poole

• Autor:
• autori nimi

  Quantumrun Foresight
• September 27, 2023

Ülevaate kokkuvõte

Teadlased töötavad välja bioarvuteid, kasutades aju organoide, millel on olulised ajufunktsiooni ja struktuuri aspektid. Need bioarvutid võivad muuta isikupärastatud meditsiini, edendada biotehnoloogiatööstuse majanduskasvu ja luua nõudlust kvalifitseeritud tööjõu järele. Selle tehnoloogia arenedes tuleb aga käsitleda eetilisi probleeme, uusi seadusi ja määrusi ning võimalikku tervishoiualaste erinevuste süvenemist.

Inimese ajurakkude kontekstis töötavad bioarvutid

Erinevate valdkondade teadlased teevad koostööd, et arendada murrangulisi bioarvuteid, mis kasutavad bioloogilise alusena kolmemõõtmelisi ajurakukultuure, mida tuntakse aju organoididena. Nende plaan selle eesmärgi saavutamiseks on välja toodud 2023. aastal teadusajakirjas avaldatud artiklis Teaduse piirid. Aju organoidid on laboris kasvatatud rakukultuur. Kuigi need ei ole aju miniatuursed versioonid, omavad nad aju funktsiooni ja struktuuri olulisi aspekte, nagu neuronid ja muud ajurakud, mis on vajalikud kognitiivseteks võimeteks nagu õppimine ja mälu. 

Ühe autori, professor Thomas Hartungi Johns Hopkinsi ülikoolist sõnul on ränipõhised arvutid arvuliste arvutustega suurepärased, kuid ajud on paremad õppijad. Ta tõi näiteks AlphaGo, tehisintellekti, mis alistas 2017. aastal maailma parima Go mängija. AlphaGo koolitati 160,000 175 mängu andmete põhjal, mille kogemiseks kuluks iga päev viis tundi mängival inimesel XNUMX aasta jooksul. 

Ajud pole mitte ainult paremad õppijad, vaid ka energiasäästlikumad. Näiteks AlphaGo treenimiseks kuluv energia võiks aktiivset täiskasvanut toetada kümme aastat. Hartungi sõnul on ajudel ka uskumatu võime teavet salvestada, hinnanguliselt 2,500 terabaiti. Samal ajal kui räniarvutid on jõudmas oma piiridesse, sisaldab inimaju ligikaudu 100 miljardit neuronit, mis on ühendatud enam kui 10^15 ühenduspunkti kaudu, mis on tohutu võimsuse erinevus võrreldes olemasoleva tehnoloogiaga.

Häiriv mõju

Organoidse intelligentsuse (OI) potentsiaal ulatub meditsiinis kaugemale andmetöötlusest. Tänu Nobeli preemia laureaatide John Gurdoni ja Shinya Yamanaka väljatöötatud teedrajavale tehnikale saab täiskasvanud kudedest genereerida ajuorganoide. See funktsioon võimaldab teadlastel luua isikupärastatud ajuorganoide, kasutades neuroloogiliste häiretega, näiteks Alzheimeri tõvega patsientide nahaproove. Seejärel saavad nad läbi viia erinevaid teste, et uurida geneetiliste tegurite, ravimite ja toksiinide mõju nendele seisunditele.

Hartung selgitas, et OI-d saab kasutada ka neuroloogiliste haiguste kognitiivsete aspektide uurimiseks. Näiteks võivad teadlased võrrelda mälu teket tervetelt inimestelt ja Alzheimeri tõvega inimestelt saadud organoidides, püüdes sellega seotud puudujääke parandada. Lisaks saab OI-d kasutada selleks, et uurida, kas teatud ained, näiteks pestitsiidid, võivad kaasa aidata mälu- või õppimisprobleemidele.

Inimese aju organoidide loomine, mis on võimelised õppima, meeles pidama ja ümbritsevaga suhtlema, toob aga kaasa keerulisi eetilisi probleeme. Tekivad küsimused, näiteks kas need organoidid võivad saavutada teadvuse – isegi põhivormis – kogeda valu või kannatusi ja millised õigused peaksid inimestel olema seoses nende rakkudest loodud ajuorganoididega. Teadlased on nendest väljakutsetest täiesti teadlikud. Hartung rõhutas, et nende visiooni oluline aspekt on OI arendamine eetiliselt ja sotsiaalse vastutustundega. Selle probleemi lahendamiseks on teadlased teinud algusest peale koostööd eetikutega, et rakendada "sisseehitatud eetika" lähenemisviisi. 

Inimese ajurakkude toitega bioarvutite tagajärjed

Inimese ajurakkudega töötavate bioarvutite laiemad tagajärjed võivad hõlmata järgmist: 

• Organoidne intelligentsus, mis viib isikupärastatud meditsiinini inimestele, kes võitlevad ajuvigastuste või haigustega, võimaldades tõhusamat ravi. See areng võib kaasa tuua selle, et eakad elavad iseseisvamat elu, väheneb haiguskoormus ja paraneb elukvaliteet.
• Uued valdkondadevahelised koostöövõimalused biotehnoloogia- ja farmaatsiatööstusega, mis võivad nendes sektorites kaasa tuua majanduskasvu ja töökohtade loomise.
• Edusammud riiklikes tervishoiusüsteemides. Valitsused peavad võib-olla investeerima sellesse tehnoloogiasse, et säilitada konkurentsieelist ja parandada rahvatervise tulemusi, mis võib viia aruteludeni rahastamise eraldamise ja prioriteetide seadmise üle.
• Innovatsioon muudes valdkondades, nagu tehisintellekt, robootika ja bioinformaatika, kuna teadlased püüavad integreerida bioarvutust olemasolevate tehnoloogiate funktsionaalsuse laiendamiseks või täiendamiseks. 
• Suurenenud nõudlus kvalifitseeritud tööjõu järele biotehnoloogias ja sellega seotud valdkondades. See nihe võib nõuda uusi haridus- ja ümberõppeprogramme.
• Eetilised probleemid, mis on seotud inimrakkude ja -kudede kasutamisega elektroonikas, samuti nende tehnoloogiate kasutamise võimalus muudel eesmärkidel peale tervishoiu, näiteks biorelvade või kosmeetiliste täiustuste jaoks.
• Selle tehnoloogia kasutamise, arendamise ja rakendamise reguleerimiseks on vaja uusi seadusi ja määrusi, mis tasakaalustavad innovatsiooni eetiliste kaalutluste ja avaliku turvalisusega.
• Organoidne luure suurendab olemasolevaid erinevusi tervishoiuteenuste kättesaadavuse ja tulemuste osas, kuna jõukamad riigid ja üksikisikud saavad sellest tehnoloogiast suurema tõenäosusega kasu. Selle probleemi lahendamiseks võib olla vaja ülemaailmset koostööd ja ressursside jagamist, et tagada selle tehnoloogia eeliste õiglane jaotus.

Küsimused, mida kaaluda

• Millised võivad olla muud potentsiaalsed väljakutsed organoidse intelligentsuse arendamisel?
• Kuidas saavad teadlased tagada, et neid biomasinate hübriide arendatakse ja kasutatakse vastutustundlikult?