کامپیوترهای زیستی با انرژی سلول های مغز انسان: گامی به سوی هوش ارگانوئید

• نویسنده:
• نام نویسنده

  آینده نگاری کوانتوم ران
• سپتامبر 27، 2023

خلاصه بینش

محققان در حال توسعه کامپیوترهای زیستی با استفاده از ارگانوئیدهای مغزی هستند که دارای عملکرد و ساختار مغز هستند. این زیست‌کامپیوترها پتانسیل ایجاد انقلابی در پزشکی شخصی‌سازی شده، رشد اقتصادی در صنایع بیوتکنولوژی و ایجاد تقاضا برای نیروی کار ماهر را دارند. با این حال، نگرانی های اخلاقی، قوانین و مقررات جدید، و بدتر شدن احتمالی نابرابری های مراقبت های بهداشتی باید با پیشرفت این فناوری مورد توجه قرار گیرند.

بیوکمپیوترهایی که توسط بافت سلول های مغز انسان کار می کنند

محققان از حوزه‌های مختلف در حال همکاری برای توسعه بیوکمپیوترهای پیشگامانه هستند که از کشت‌های سه بعدی سلولی مغز، معروف به ارگانوئیدهای مغز، به عنوان پایه بیولوژیکی استفاده می‌کنند. برنامه آنها برای دستیابی به این هدف در مقاله ای در سال 2023 که در مجله علمی منتشر شده است بیان شده است. مرزها در علم. ارگانوئیدهای مغزی یک کشت سلولی آزمایشگاهی هستند. اگرچه آنها نسخه های مینیاتوری مغز نیستند، اما دارای جنبه های حیاتی عملکرد و ساختار مغز هستند، مانند نورون ها و سایر سلول های مغزی لازم برای توانایی های شناختی مانند یادگیری و حافظه. 

به گفته یکی از نویسندگان، پروفسور توماس هارتانگ از دانشگاه جانز هاپکینز، در حالی که کامپیوترهای مبتنی بر سیلیکون در محاسبات عددی برتری دارند، مغزها یادگیرندگان برتری هستند. او به مثال AlphaGo اشاره کرد، هوش مصنوعی که برترین بازیکن Go جهان را در سال 2017 شکست داد. AlphaGo بر اساس داده های 160,000 بازی آموزش دیده بود که تجربه آن برای فردی که 175 سال در روز پنج ساعت بازی می کند، طول می کشد. 

مغزها نه تنها یادگیرندگان بهتری هستند، بلکه در مصرف انرژی نیز کارآمدتر هستند. به عنوان مثال، انرژی مورد نیاز برای آموزش AlphaGo می تواند یک بزرگسال فعال را به مدت ده سال پشتیبانی کند. به گفته هارتانگ، مغزها همچنین دارای توانایی باورنکردنی برای ذخیره اطلاعات هستند که حدود 2,500 ترابایت تخمین زده می شود. در حالی که رایانه‌های سیلیکونی در حال رسیدن به محدودیت‌های خود هستند، مغز انسان دارای تقریباً 100 میلیارد نورون است که از طریق بیش از 10^15 نقطه اتصال به هم متصل شده‌اند، که در مقایسه با فناوری موجود تفاوت قدرت فوق‌العاده‌ای دارد.

تاثیر مخرب

پتانسیل هوش ارگانوئیدی (OI) فراتر از محاسبات در پزشکی است. با توجه به یک تکنیک پیشگام که توسط جان گوردون و شینیا یاماناکا برندگان جایزه نوبل توسعه یافته است، ارگانوئیدهای مغزی را می توان از بافت های بالغ تولید کرد. این ویژگی به محققان اجازه می دهد تا با استفاده از نمونه های پوستی بیماران مبتلا به اختلالات عصبی مانند آلزایمر، ارگانوئیدهای مغزی شخصی سازی شده ایجاد کنند. سپس آنها می توانند آزمایش های مختلفی را برای بررسی تأثیر عوامل ژنتیکی، داروها و سموم بر روی این شرایط انجام دهند.

هارتانگ توضیح داد که OI همچنین می تواند برای مطالعه جنبه های شناختی بیماری های عصبی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، محققان می توانند شکل گیری حافظه را در ارگانوئیدهای مشتق شده از افراد سالم و افراد مبتلا به آلزایمر مقایسه کنند و سعی کنند کمبودهای مربوطه را برطرف کنند. علاوه بر این، OI می‌تواند برای بررسی اینکه آیا مواد خاصی مانند آفت‌کش‌ها به مشکلات حافظه یا یادگیری کمک می‌کنند یا خیر، استفاده شود.

با این حال، ایجاد ارگانوئیدهای مغز انسان با توانایی یادگیری، به خاطر سپردن و تعامل با محیط اطراف خود، نگرانی های اخلاقی پیچیده ای را مطرح می کند. سوالاتی مطرح می‌شود، مانند اینکه آیا این ارگانوئیدها می‌توانند به هوشیاری دست یابند - حتی به شکل اولیه - درد یا رنج را تجربه کنند و افراد چه حقوقی در مورد ارگانوئیدهای مغزی ایجاد شده از سلول‌های خود داشته باشند. محققان کاملاً از این چالش ها آگاه هستند. هارتونگ تاکید کرد که یک جنبه حیاتی از چشم انداز آنها توسعه OI از نظر اخلاقی و با مسئولیت اجتماعی است. برای پرداختن به این موضوع، محققان از همان ابتدا با علمای اخلاق برای اجرای رویکرد «اخلاق تعبیه‌شده» همکاری کرده‌اند. 

پیامدهای کامپیوترهای زیستی با انرژی سلول های مغز انسان

پیامدهای گسترده تر زیست رایانه های مجهز به سلول های مغز انسان ممکن است شامل موارد زیر باشد: 

• هوش ارگانوئیدی که منجر به پزشکی شخصی شده برای افرادی می شود که با آسیب های مغزی یا بیماری دست و پنجه نرم می کنند و امکان درمان های موثرتر را فراهم می کند. این پیشرفت می تواند منجر به زندگی مستقل سالمندان با کاهش بار بیماری و بهبود کیفیت زندگی شود.
• فرصت‌های جدید همکاری بین‌صنعتی با صنایع بیوتکنولوژی و داروسازی که به طور بالقوه منجر به رشد اقتصادی و ایجاد شغل در این بخش‌ها می‌شود.
• پیشرفت در سیستم های ملی مراقبت های بهداشتی دولت‌ها ممکن است برای حفظ مزیت رقابتی و بهبود نتایج بهداشت عمومی نیاز به سرمایه‌گذاری در این فناوری داشته باشند، که می‌تواند به بحث‌هایی پیرامون تخصیص بودجه و اولویت‌بندی منجر شود.
• نوآوری در زمینه های دیگر، مانند هوش مصنوعی، رباتیک، و بیوانفورماتیک، زیرا محققان به دنبال ادغام محاسبات زیستی برای گسترش یا تقویت عملکرد فناوری های موجود هستند. 
• افزایش تقاضا برای نیروی کار ماهر در بیوتکنولوژی و زمینه های مرتبط. این تغییر می تواند مستلزم برنامه های آموزشی و بازآموزی جدید باشد.
• نگرانی‌های اخلاقی پیرامون استفاده از سلول‌ها و بافت‌های انسانی در وسایل الکترونیکی، و همچنین امکان بهره‌برداری از این فناوری‌ها برای مقاصدی غیر از مراقبت‌های بهداشتی، مانند سلاح‌های زیستی یا پیشرفت‌های آرایشی.
• قوانین و مقررات جدیدی برای حاکمیت بر استفاده، توسعه و کاربرد این فناوری لازم است و نوآوری را با ملاحظات اخلاقی و ایمنی عمومی متعادل می کند.
• هوش ارگانوئیدی نابرابری های موجود در دسترسی و نتایج مراقبت های بهداشتی را بدتر می کند، زیرا کشورهای و افراد ثروتمندتر به احتمال زیاد از این فناوری سود می برند. پرداختن به این موضوع ممکن است به همکاری جهانی و اشتراک منابع برای اطمینان از توزیع عادلانه مزایای این فناوری نیاز داشته باشد.

سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

• چالش های بالقوه دیگر در توسعه هوش ارگانوئیدی چه می تواند باشد؟
• چگونه محققان می توانند اطمینان حاصل کنند که این هیبریدهای ماشین زیستی توسعه یافته و مسئولانه استفاده می شوند؟