Компьютеры будут работать на человеческих клетках? Технологии будущего!
По мнению исследователей из Университета Джона Хопкинса, «биокомпьютер», работающий на основе клеток человеческого мозга, могут разработать уже в XXI веке. Считается, что такая технология экспоненциально расширит возможности современных вычислений и создаст новые области исследований.
Самые новые компьютеры
Команда ученых из США изложила свой план «органоидного интеллекта» в журнале Frontiers in Science. «Вычисления и искусственный интеллект стали движущей силой технологической революции, но они достигли потолка», — говорит Томас Хартунг, профессор наук в Школе общественного здравоохранения Блумберга и Инженерной школе Уайтинга. «Биокомпьютинг — это огромные усилия по сокращению вычислительной мощности и повышению ее эффективности, чтобы выйти за пределы наших текущих технологических ограничений».
В течение почти двух десятилетий ученые использовали крошечные органоиды, — выращенные в лаборатории ткани, напоминающие полностью выращенные органы, — для экспериментов с почками, легкими и другими органами, не прибегая к испытаниям на людях или животных. Совсем недавно Хартунг и его коллеги работали с органоидами мозга размером с точку от ручки: их нейроны и другие особенности обещают поддерживать функции обучения и запоминания. «Это открывает возможности для изучения того, как работает человеческий мозг», — поясняет Хартунг. «Потому что вы можете начать манипулировать системой, делать вещи, которые из-за этики не позволительно делать с человеческим мозгом».
Хартунг начал выращивать и собирать клетки мозга в функциональные органоиды в 2012 году, используя клетки из образцов кожи человека, перепрограммированные в состояние, подобное эмбриональным стволовым клеткам. Каждый органоид содержит около 50 000 клеток. Теперь Хартунг предполагает разработку футуристического компьютера. По словам ученого, компьютеры на таком «биологическом оборудовании» в следующих десятилетиях смогут снизить требования к энергопотреблению суперкомпьютеров, которые становятся все более неустойчивыми.
Технологии будущего
Несмотря на то, что компьютеры обрабатывают вычисления с использованием чисел и данных быстрее, чем люди, мозг гораздо умнее при принятии сложных логических решений (по типу «как отличить собаку от кошки»). «Мозг до сих пор не имеет себе равных в современных компьютерах», — говорит Томас Хартунг. «Frontier, новейший суперкомпьютер в Кентукки, представляет собой установку площадью 6800 квадратных футов стоимостью 600 миллионов долларов. Только в июне прошлого года он впервые превысил вычислительную мощность одного человеческого мозга. Но это потребовало в миллион раз больше энергии».
«Пройдут десятилетия, прежде чем мы достигнем цели», — предупреждает Хартунг. «Но если мы не начнем создавать программы финансирования для таких разработок, это будет намного сложнее». Органоидный интеллект также может произвести революцию в исследованиях по тестированию лекарств для нарушений развития нервной системы и нейродегенерации, отметила Лена Смирнова, доцент кафедры гигиены окружающей среды и инженерии Университета Джонса Хопкинса.
«Мы хотим сравнить органоиды мозга типично развитых доноров с органоидами мозга доноров с аутизмом», — объясняет Смирнова. «Инструменты, которые мы разрабатываем для биологических вычислений, — это те же самые инструменты, которые позволят нам понять изменения в нейронных сетях, характерных для аутизма, — без необходимости использовать животных или обращаться к пациентам».