Biokompiuteriai, maitinami žmogaus smegenų ląstelių: žingsnis organoidinio intelekto link

• Autorius:
• autoriaus vardas

  Quantumrun Foresight
• Rugsėjis 27, 2023

Įžvalgos santrauka

Mokslininkai kuria biokompiuterius, naudodami smegenų organoidus, turinčius esminius smegenų funkcijos ir struktūros aspektus. Šie biokompiuteriai gali pakeisti personalizuotą mediciną, paskatinti ekonomikos augimą biotechnologijų pramonėje ir sukurti kvalifikuotos darbo jėgos paklausą. Tačiau tobulėjant šiai technologijai reikia spręsti etinius susirūpinimą keliančius klausimus, naujus įstatymus ir reglamentus bei galimą sveikatos priežiūros skirtumų didėjimą.

Biokompiuteriai, maitinami žmogaus smegenų ląstelių konteksto

Įvairių sričių mokslininkai bendradarbiauja kurdami novatoriškus biokompiuterius, kuriuose kaip biologinis pagrindas naudojamos trimatės smegenų ląstelių kultūros, vadinamos smegenų organoidais. Jų planas, kaip pasiekti šį tikslą, išdėstytas 2023 m. mokslo žurnale paskelbtame straipsnyje Mokslo ribos. Smegenų organoidai yra laboratorijoje užauginta ląstelių kultūra. Nors tai nėra miniatiūrinės smegenų versijos, jos turi esminių smegenų funkcijos ir struktūros aspektų, tokių kaip neuronai ir kitos smegenų ląstelės, reikalingos kognityviniams gebėjimams, tokiems kaip mokymasis ir atmintis. 

Pasak vieno iš autorių, profesoriaus Thomaso Hartungo iš Johnso Hopkinso universiteto, silicio kompiuteriai puikiai atlieka skaitinius skaičiavimus, o smegenys yra geresni mokiniai. Jis paminėjo AlphaGo – dirbtinio intelekto, kuris 2017 m. įveikė geriausią pasaulyje „Go“ žaidėją, pavyzdį. „AlphaGo“ buvo apmokyta remiantis 160,000 175 žaidimų duomenimis, kuriuos per XNUMX metus kasdien žaidžiančiam žmogui prireiktų penkių valandų. 

Smegenys ne tik geriau mokosi, bet ir efektyviau naudoja energiją. Pavyzdžiui, energija, reikalinga AlphaGo mokymui, galėtų išlaikyti aktyvų suaugusįjį dešimt metų. Pasak Hartungo, smegenys taip pat turi neįtikėtiną gebėjimą saugoti informaciją, kuri yra 2,500 terabaitų. Kol silicio kompiuteriai pasiekia savo ribas, žmogaus smegenyse yra maždaug 100 milijardų neuronų, sujungtų per 10^15 jungties taškų, o tai yra didžiulis galios skirtumas, palyginti su esamomis technologijomis.

Trikdantis poveikis

Organoidinio intelekto (OI) potencialas apima ne tik kompiuteriją, bet ir mediciną. Dėl novatoriškos technikos, kurią sukūrė Nobelio premijos laureatai Johnas Gurdonas ir Shinya Yamanaka, smegenų organoidus galima generuoti iš suaugusiųjų audinių. Ši funkcija leidžia tyrėjams sukurti asmeninius smegenų organoidus, naudojant odos mėginius iš pacientų, sergančių neurologiniais sutrikimais, pvz., Alzheimerio liga. Tada jie gali atlikti įvairius testus, kad ištirtų genetinių veiksnių, vaistų ir toksinų poveikį šioms sąlygoms.

Hartungas paaiškino, kad OI taip pat gali būti naudojamas tiriant neurologinių ligų pažinimo aspektus. Pavyzdžiui, mokslininkai galėtų palyginti sveikų žmonių ir Alzheimerio liga sergančių organoidų atminties formavimąsi, bandydami ištaisyti susijusius trūkumus. Be to, OI galėtų būti naudojama tiriant, ar tam tikros medžiagos, pvz., pesticidai, prisideda prie atminties ar mokymosi problemų.

Tačiau kuriant žmogaus smegenų organoidus, turinčius galimybę mokytis, prisiminti ir bendrauti su aplinka, kyla sudėtingų etinių problemų. Kyla klausimų, pavyzdžiui, ar šie organoidai gali pasiekti sąmonę – net ir pagrindine forma – patirti skausmą ar kančią ir kokias teises asmenys turėtų turėti dėl smegenų organoidų, sukurtų iš jų ląstelių. Tyrėjai visiškai supranta šiuos iššūkius. Hartungas pabrėžė, kad esminis jų vizijos aspektas yra etiškai ir socialiai atsakingai plėtoti OI. Norėdami tai išspręsti, mokslininkai nuo pat pradžių bendradarbiavo su etikos specialistais, kad įgyvendintų „įterptosios etikos“ metodą. 

Žmogaus smegenų ląstelių maitinamų biokompiuterių pasekmės

Žmogaus smegenų ląstelių maitinami biokompiuteriai gali turėti platesnį poveikį: 

• Organoidinis intelektas, leidžiantis sukurti individualiai pritaikytą mediciną asmenims, kovojantiems su smegenų sužalojimais ar ligomis, leidžiančiais veiksmingiau gydyti. Dėl šios raidos senjorai gali gyventi savarankiškesnį gyvenimą, sumažėjus ligų naštai ir pagerėti gyvenimo kokybei.
• Naujos tarpsektorinio bendradarbiavimo galimybės su biotechnologijų ir farmacijos pramone, galinčios paskatinti ekonomikos augimą ir darbo vietų kūrimą šiuose sektoriuose.
• Nacionalinių sveikatos priežiūros sistemų pažanga. Vyriausybėms gali tekti investuoti į šią technologiją, kad išlaikytų konkurencinį pranašumą ir pagerintų visuomenės sveikatos rezultatus, todėl gali kilti diskusijų dėl finansavimo paskirstymo ir prioritetų nustatymo.
• Naujovės kitose srityse, tokiose kaip dirbtinis intelektas, robotika ir bioinformatika, nes mokslininkai siekia integruoti biologinį skaičiavimą, kad išplėstų arba padidintų esamų technologijų funkcionalumą. 
• Padidėjusi kvalifikuotos darbo jėgos paklausa biotechnologijų ir susijusiose srityse. Dėl šio pokyčio gali prireikti naujų švietimo ir perkvalifikavimo programų.
• Etinės problemos, susijusios su žmogaus ląstelių ir audinių naudojimu elektronikoje, taip pat su galimybe šias technologijas panaudoti kitais nei sveikatos priežiūros tikslais, pavyzdžiui, biologiniams ginklams ar kosmetikos patobulinimams.
• Reikalingi nauji įstatymai ir reglamentai, reglamentuojantys šios technologijos naudojimą, plėtrą ir taikymą, derinant naujoves su etiniais sumetimais ir visuomenės saugumu.
• Organoidinis intelektas didina esamus sveikatos priežiūros prieinamumo ir rezultatų skirtumus, nes turtingesnės šalys ir asmenys gali gauti naudos iš šios technologijos. Norint išspręsti šią problemą, gali prireikti pasaulinio bendradarbiavimo ir dalijimosi ištekliais, kad būtų užtikrintas teisingas šios technologijos pranašumų paskirstymas.

Klausimai, kuriuos reikia apsvarstyti

• Kokie gali būti kiti galimi iššūkiai kuriant organoidinį intelektą?
• Kaip mokslininkai gali užtikrinti, kad šie biologinių mašinų hibridai būtų kuriami ir naudojami atsakingai?