Von menschlichen Gehirnzellen angetriebene Biocomputer: Ein Schritt in Richtung organoider Intelligenz

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  Quantumrun-Vorausschau
• 27. September 2023

Zusammenfassung der Einblicke

Forscher entwickeln Biocomputer unter Verwendung von Gehirnorganoiden, die entscheidende Aspekte der Gehirnfunktion und -struktur besitzen. Diese Biocomputer haben das Potenzial, die personalisierte Medizin zu revolutionieren, das Wirtschaftswachstum in der Biotech-Branche anzukurbeln und die Nachfrage nach qualifizierten Arbeitskräften zu schaffen. Mit der Weiterentwicklung dieser Technologie müssen jedoch ethische Bedenken, neue Gesetze und Vorschriften sowie die potenzielle Verschärfung der Ungleichheiten im Gesundheitswesen angegangen werden.

Kontext von Biocomputern, die von menschlichen Gehirnzellen angetrieben werden

Forscher aus verschiedenen Bereichen arbeiten gemeinsam an der Entwicklung bahnbrechender Biocomputer, die als biologische Grundlage dreidimensionale Gehirnzellkulturen, sogenannte Gehirnorganoide, nutzen. Ihr Plan zur Erreichung dieses Ziels wird in einem 2023 in der Fachzeitschrift veröffentlichten Artikel dargelegt Grenzen in der Wissenschaft. Gehirnorganoide sind eine im Labor gezüchtete Zellkultur. Obwohl es sich nicht um Miniaturversionen von Gehirnen handelt, besitzen sie entscheidende Aspekte der Gehirnfunktion und -struktur, wie etwa Neuronen und andere Gehirnzellen, die für kognitive Fähigkeiten wie Lernen und Gedächtnis notwendig sind. 

Laut einem der Autoren, Professor Thomas Hartung von der Johns Hopkins University, sind Computer auf Siliziumbasis zwar in numerischen Berechnungen hervorragend, Gehirne sind jedoch überlegene Lerner. Er führte das Beispiel von AlphaGo an, der KI, die 2017 den weltbesten Go-Spieler besiegte. AlphaGo wurde auf der Grundlage von Daten aus 160,000 Spielen trainiert, was eine Person, die über 175 Jahre täglich fünf Stunden spielt, braucht, um diese Erfahrung zu machen. 

Gehirne sind nicht nur lernfähiger, sondern auch energieeffizienter. Beispielsweise könnte die für das Training von AlphaGo erforderliche Energie einen aktiven Erwachsenen zehn Jahre lang unterstützen. Laut Hartung verfügen Gehirne auch über eine unglaubliche Fähigkeit, Informationen zu speichern, die auf 2,500 Terabyte geschätzt wird. Während Siliziumcomputer an ihre Grenzen stoßen, enthält das menschliche Gehirn rund 100 Milliarden Neuronen, die über mehr als 10^15 Verbindungspunkte verbunden sind, ein enormer Leistungsunterschied im Vergleich zur bestehenden Technologie.

Störende Wirkung

Das Potenzial der Organoid-Intelligenz (OI) reicht über die Informatik hinaus bis in die Medizin. Dank einer bahnbrechenden Technik, die von den Nobelpreisträgern John Gurdon und Shinya Yamanaka entwickelt wurde, können Gehirnorganoide aus erwachsenen Geweben erzeugt werden. Mit dieser Funktion können Forscher mithilfe von Hautproben von Patienten mit neurologischen Erkrankungen wie Alzheimer personalisierte Gehirnorganoide erstellen. Anschließend können sie verschiedene Tests durchführen, um die Auswirkungen genetischer Faktoren, Medikamente und Toxine auf diese Erkrankungen zu untersuchen.

Hartung erklärte, dass OI auch zur Untersuchung der kognitiven Aspekte neurologischer Erkrankungen eingesetzt werden könne. Forscher könnten beispielsweise die Gedächtnisbildung in Organoiden von gesunden Personen und solchen mit Alzheimer vergleichen und versuchen, die damit verbundenen Defizite zu beheben. Darüber hinaus könnte OI verwendet werden, um zu untersuchen, ob bestimmte Substanzen, wie zum Beispiel Pestizide, zu Gedächtnis- oder Lernproblemen beitragen.

Die Schaffung menschlicher Gehirnorganoide mit der Fähigkeit, zu lernen, sich zu erinnern und mit ihrer Umgebung zu interagieren, bringt jedoch komplexe ethische Bedenken mit sich. Es stellt sich die Frage, ob diese Organoide – selbst in einer einfachen Form – das Bewusstsein erlangen, Schmerzen oder Leiden erfahren könnten und welche Rechte Einzelpersonen in Bezug auf aus ihren Zellen erzeugte Gehirnorganoide haben sollten. Die Forscher sind sich dieser Herausforderungen voll bewusst. Hartung betonte, dass ein entscheidender Aspekt ihrer Vision darin besteht, OI ethisch und mit sozialer Verantwortung zu entwickeln. Um dieses Problem anzugehen, haben die Forscher von Anfang an mit Ethikern zusammengearbeitet, um einen „eingebetteten Ethik“-Ansatz umzusetzen. 

Auswirkungen von Biocomputern, die von menschlichen Gehirnzellen angetrieben werden

Weitere Auswirkungen von Biocomputern, die mit menschlichen Gehirnzellen betrieben werden, könnten sein: 

• Organoide Intelligenz führt zu personalisierter Medizin für Menschen, die mit Hirnverletzungen oder -krankheiten zu kämpfen haben, und ermöglicht so wirksamere Behandlungen. Diese Entwicklung könnte dazu führen, dass Senioren ein unabhängigeres Leben mit geringerer Krankheitslast und verbesserter Lebensqualität führen.
• Neue Möglichkeiten der branchenübergreifenden Zusammenarbeit mit der Biotech- und Pharmaindustrie, die möglicherweise zu Wirtschaftswachstum und der Schaffung von Arbeitsplätzen in diesen Sektoren führen.
• Fortschritte in den nationalen Gesundheitssystemen. Regierungen müssen möglicherweise in diese Technologie investieren, um einen Wettbewerbsvorteil zu wahren und die Ergebnisse im Bereich der öffentlichen Gesundheit zu verbessern, was zu Debatten über die Mittelzuweisung und Priorisierung führen könnte.
• Innovation in anderen Bereichen wie künstlicher Intelligenz, Robotik und Bioinformatik, da Forscher versuchen, Bioinformatik zu integrieren, um die Funktionalität bestehender Technologien zu erweitern oder zu erweitern. 
• Erhöhter Bedarf an qualifizierten Arbeitskräften in der Biotechnologie und verwandten Bereichen. Dieser Wandel könnte neue Bildungs- und Umschulungsprogramme erfordern.
• Ethische Bedenken hinsichtlich der Verwendung menschlicher Zellen und Gewebe in der Elektronik sowie das Potenzial für die Nutzung dieser Technologien für andere Zwecke als die Gesundheitsversorgung, beispielsweise für Biowaffen oder kosmetische Verbesserungen.
• Neue Gesetze und Vorschriften sind erforderlich, um den Einsatz, die Entwicklung und die Anwendung dieser Technologie zu regeln und Innovation mit ethischen Erwägungen und öffentlicher Sicherheit in Einklang zu bringen.
• Organoide Intelligenz verschärft die bestehenden Unterschiede beim Zugang und den Ergebnissen zur Gesundheitsversorgung, da wohlhabendere Nationen und Einzelpersonen eher von der Technologie profitieren. Die Bewältigung dieses Problems erfordert möglicherweise eine globale Zusammenarbeit und die gemeinsame Nutzung von Ressourcen, um eine gerechte Verteilung der Vorteile dieser Technologie sicherzustellen.

Fragen zu berücksichtigen

• Was könnten die anderen potenziellen Herausforderungen bei der Entwicklung organoider Intelligenz sein?
• Wie können Forscher sicherstellen, dass diese Biomaschinen-Hybride verantwortungsvoll entwickelt und genutzt werden?