人間の脳細胞を利用したバイオコンピューター: オルガノイド知能への一歩

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  クォンタムラン・フォーサイト
• 2023 年 9 月 27 日

洞察の要約

研究者たちは、重要な脳機能と構造的側面を備えた脳オルガノイドを使用したバイオコンピューターを開発しています。 これらのバイオコンピューターは、個別化医療に革命をもたらし、バイオテクノロジー産業の経済成長を促進し、熟練労働者の需要を生み出す可能性を秘めています。 ただし、この技術が進歩するにつれて、倫理的な懸念、新しい法律や規制、医療格差の潜在的な悪化に対処する必要があります。

人間の脳細胞のコンテキストを利用したバイオコンピューター

さまざまな分野の研究者が協力して、脳オルガノイドとして知られる三次元脳細胞培養物を生物学的基盤として使用する画期的なバイオコンピューターを開発しています。 この目標を達成するための彼らの計画は、科学雑誌に掲載された 2023 年の論文で概説されています。 科学のフロンティア。 脳オルガノイドは、実験室で培養された細胞培養物です。 それらは脳の小型版ではありませんが、学習や記憶などの認知能力に必要なニューロンやその他の脳細胞など、脳の機能と構造の重要な側面を備えています。 

著者の一人、ジョンズ・ホプキンス大学のトーマス・ハートゥング教授によると、シリコンベースのコンピューターは数値計算に優れているが、脳は学習能力に優れているという。 同氏は、2017年に世界トップの囲碁棋士を破ったAI、AlphaGoの例を挙げた。AlphaGoは160,000万試合のデータに基づいてトレーニングされており、これを経験するには、人間が毎日175時間プレイしてXNUMX年以上かかる計算になる。 

脳は学習能力が優れているだけでなく、エネルギー効率も向上しています。 たとえば、AlphaGo のトレーニングに必要なエネルギーは、活動的な成人を 2,500 年間サポートできる可能性があります。 Hartung 氏によると、脳には 100 テラバイトと推定される情報を保存する驚異的な能力もあります。 シリコン コンピューターが限界に達しつつある一方で、人間の脳には、10の15乗を超える接続ポイントを介して接続された約 XNUMX 億個のニューロンが含まれており、既存のテクノロジーと比較すると、その能力には大きな違いがあります。

破壊的な影響

オルガノイドインテリジェンス (OI) の可能性は、コンピューティングを超えて医学にまで広がります。 ノーベル賞受賞者のジョン・ガードン氏と山中伸弥氏が開発した先駆的な技術により、成人組織から脳オルガノイドを生成することができる。 この機能により、研究者はアルツハイマー病などの神経疾患患者の皮膚サンプルを使用して、パーソナライズされた脳オルガノイドを作成することができます。 その後、さまざまな検査を実施して、遺伝的要因、薬剤、毒素がこれらの症状に及ぼす影響を調べることができます。

Hartung 氏は、OI は神経疾患の認知的側面の研究にも使用できると説明しました。 たとえば、研究者は、健康な人とアルツハイマー病患者に由来するオルガノイドの記憶形成を比較し、関連する欠損を改善することを試みることができる。 さらに、OI は、農薬などの特定の物質が記憶や学習の問題に寄与しているかどうかを調査するために使用できます。

しかし、学習し、記憶し、周囲と対話する能力を備えた人間の脳オルガノイドを作成するには、複雑な倫理的懸念が生じます。 これらのオルガノイドは、たとえ基本的な形態であっても、痛みや苦しみを経験して意識を獲得できるのか、細胞から作られた脳オルガノイドに関して個人はどのような権利を持つべきなのか、といった疑問が生じます。 研究者たちはこれらの課題を十分に認識しています。 Hartung 氏は、彼らのビジョンの重要な側面は、倫理的かつ社会的責任を持って OI を開発することであると強調しました。 これに対処するために、研究者らは最初から倫理学者と協力して「埋め込み倫理」アプローチを導入した。 

人間の脳細胞を利用したバイオコンピューターの影響

人間の脳細胞を利用したバイオコンピューターの広範な影響には次のものが含まれる可能性があります。 

• オルガノイドインテリジェンスは、脳の損傷や病気に苦しむ個人の個別化医療につながり、より効果的な治療を可能にします。 この発展により、高齢者は病気の負担が軽減され、生活の質が向上し、より自立した生活を送ることができる可能性があります。
• バイオテクノロジー業界や製薬業界との新たな業界を超えたコラボレーションの機会。これらの分野での経済成長と雇用創出につながる可能性があります。
• 国民医療制度の進歩。 政府は競争力を維持し、公衆衛生の成果を向上させるためにこのテクノロジーに投資する必要がある可能性があり、資金の配分や優先順位をめぐる議論につながる可能性があります。
• 研究者がバイオコンピューティングを統合して既存のテクノロジーの機能を拡張または強化することを目指しているため、人工知能、ロボット工学、バイオインフォマティクスなどの他の分野でのイノベーションが行われています。 
• バイオテクノロジーおよび関連分野における熟練労働者の需要の増加。 この変化には、新たな教育および再訓練プログラムが必要になる可能性があります。
• 電子機器内での人間の細胞や組織の使用に関する倫理的懸念、および生物兵器や化粧品の強化など、医療以外の目的でこれらの技術が悪用される可能性。
• このテクノロジーの使用、開発、応用を管理し、イノベーションと倫理的配慮および公共の安全のバランスをとるために、新しい法律や規制が必要とされています。
• オルガノイドインテリジェンスは、より裕福な国や個人がテクノロジーの恩恵を受ける可能性が高いため、医療へのアクセスと成果における既存の格差を悪化させています。 この問題に対処するには、このテクノロジーの利点を公平に分配するために、世界的な協力とリソースの共有が必要となる場合があります。

考慮すべき質問

• オルガノイド知能の開発における他の潜在的な課題は何でしょうか?
• 研究者は、これらのバイオマシンハイブリッドが責任を持って開発され、使用されることをどのように保証できるでしょうか?