Biodatori, kurus darbina cilvēka smadzeņu šūnas: solis ceļā uz organoīdu intelektu

• Autors:
• Autors nosaukums

  Quantumrun Foresight
• Septembris 27, 2023

Ieskata kopsavilkums

Pētnieki izstrādā biodatorus, izmantojot smadzeņu organoīdus, kuriem ir būtiski smadzeņu funkcijas un struktūras aspekti. Šiem biodatoriem ir potenciāls mainīt personalizēto medicīnu, veicināt ekonomikas izaugsmi biotehnoloģiju nozarēs un radīt pieprasījumu pēc kvalificēta darbaspēka. Tomēr, attīstoties šai tehnoloģijai, ir jārisina ētikas problēmas, jauni likumi un noteikumi, kā arī iespējamā veselības aprūpes atšķirību pasliktināšanās.

Biodatori, kurus darbina cilvēka smadzeņu šūnu konteksts

Pētnieki no dažādām jomām sadarbojas, lai izstrādātu revolucionārus biodatorus, kas izmanto trīsdimensiju smadzeņu šūnu kultūras, kas pazīstamas kā smadzeņu organoīdi, kā bioloģisko pamatu. Viņu plāns šī mērķa sasniegšanai ir izklāstīts 2023. gada rakstā, kas publicēts zinātniskajā žurnālā Zinātnes robežas. Smadzeņu organoīdi ir laboratorijā audzēta šūnu kultūra. Lai gan tās nav miniatūras smadzeņu versijas, tām ir būtiski smadzeņu darbības un struktūras aspekti, piemēram, neironi un citas smadzeņu šūnas, kas nepieciešamas kognitīvām spējām, piemēram, mācībām un atmiņai. 

Saskaņā ar vienu no autoriem, profesora Tomasa Hartunga no Džona Hopkinsa universitātes teikto, kamēr uz silīcija bāzes izgatavotie datori ir izcili skaitliskos aprēķinos, smadzenes ir labākas mācīšanās spējas. Viņš minēja piemēru ar AlphaGo — mākslīgo intelektu, kas 2017. gadā uzvarēja pasaulē labāko Go spēlētāju. AlphaGo tika apmācīts, izmantojot datus no 160,000 175 spēļu, un, lai iegūtu pieredzi, cilvēkam, kurš katru dienu spēlē piecas stundas XNUMX gadu laikā, viņš pieminēja piemēru. 

Smadzenes ne tikai labāk mācās, bet arī ir energoefektīvākas. Piemēram, AlphaGo apmācībai nepieciešamā enerģija varētu uzturēt aktīvu pieaugušo desmit gadus. Saskaņā ar Hartunga teikto, smadzenēm piemīt arī neticama spēja uzglabāt informāciju, kas tiek lēsta 2,500 terabaitos. Kamēr silīcija datori sasniedz savas robežas, cilvēka smadzenēs ir aptuveni 100 miljardi neironu, kas savienoti, izmantojot vairāk nekā 10^15 savienojuma punktus, kas ir milzīga jaudas atšķirība salīdzinājumā ar esošo tehnoloģiju.

Traucējoša ietekme

Organoidālā intelekta (OI) potenciāls sniedzas ne tikai skaitļošanas jomā, bet arī medicīnā. Pateicoties Nobela prēmijas laureātu Džona Gurdona un Šinija Jamanakas izstrādātajai novatoriskajai tehnikai, smadzeņu organoīdus var ģenerēt no pieaugušo audiem. Šī funkcija ļauj pētniekiem izveidot personalizētus smadzeņu organoīdus, izmantojot ādas paraugus no pacientiem ar neiroloģiskiem traucējumiem, piemēram, Alcheimera slimību. Pēc tam viņi var veikt dažādus testus, lai pārbaudītu ģenētisko faktoru, medikamentu un toksīnu ietekmi uz šiem stāvokļiem.

Hartungs paskaidroja, ka OI var izmantot arī neiroloģisko slimību kognitīvo aspektu izpētei. Piemēram, pētnieki varētu salīdzināt atmiņas veidošanos organoīdos, kas iegūti no veseliem indivīdiem un tiem, kuriem ir Alcheimera slimība, mēģinot novērst saistītos trūkumus. Turklāt OI varētu izmantot, lai izpētītu, vai noteiktas vielas, piemēram, pesticīdi, veicina atmiņas vai mācīšanās problēmas.

Tomēr cilvēka smadzeņu organoīdu radīšana ar spēju mācīties, atcerēties un mijiedarboties ar apkārtējo vidi rada sarežģītas ētiskas problēmas. Rodas jautājumi, piemēram, vai šie organoīdi var sasniegt apziņu - pat pamata formā - piedzīvot sāpes vai ciešanas un kādām tiesībām vajadzētu būt personām attiecībā uz smadzeņu organoīdiem, kas izveidoti no viņu šūnām. Pētnieki pilnībā apzinās šīs problēmas. Hartungs uzsvēra, ka viņu vīzijas būtisks aspekts ir attīstīt OI ētiski un ar sociālo atbildību. Lai to risinātu, pētnieki jau no paša sākuma ir sadarbojušies ar ētikas speciālistiem, lai īstenotu "iegultās ētikas" pieeju. 

Cilvēka smadzeņu šūnu darbināmo biodatoru ietekme

Plašāka ietekme uz biodatoriem, ko darbina cilvēka smadzeņu šūnas, var ietvert: 

• Organoīds intelekts, kas nodrošina personalizētu medicīnu personām, kuras cīnās ar smadzeņu traumām vai slimībām, ļaujot efektīvāk ārstēt. Šīs attīstības rezultātā seniori varētu dzīvot patstāvīgāku dzīvi, samazinot slimību slogu un uzlabojot dzīves kvalitāti.
• Jaunas starpnozaru sadarbības iespējas ar biotehnoloģiju un farmācijas nozari, kas potenciāli var veicināt ekonomisko izaugsmi un darba vietu radīšanu šajās nozarēs.
• Sasniegumi valsts veselības aprūpes sistēmās. Valdībām, iespējams, būs jāiegulda šajā tehnoloģijā, lai saglabātu konkurētspēju un uzlabotu sabiedrības veselības rezultātus, kas varētu izraisīt diskusijas par finansējuma piešķiršanu un prioritāšu noteikšanu.
• Inovācijas citās jomās, piemēram, mākslīgais intelekts, robotika un bioinformātika, jo pētnieki cenšas integrēt bioskaitļošanu, lai paplašinātu vai papildinātu esošo tehnoloģiju funkcionalitāti. 
• Palielināts pieprasījums pēc kvalificēta darbaspēka biotehnoloģijā un ar to saistītās jomās. Šī maiņa varētu prasīt jaunas izglītības un pārkvalifikācijas programmas.
• Ētiskas bažas saistībā ar cilvēka šūnu un audu izmantošanu elektronikā, kā arī iespēja izmantot šīs tehnoloģijas citiem mērķiem, nevis veselības aprūpei, piemēram, bioieročiem vai kosmētikas uzlabojumiem.
• Nepieciešami jauni likumi un noteikumi, lai regulētu šīs tehnoloģijas izmantošanu, izstrādi un piemērošanu, līdzsvarojot inovāciju ar ētiskiem apsvērumiem un sabiedrisko drošību.
• Organoidālā izlūkošana pasliktina esošās atšķirības veselības aprūpes pieejamības un rezultātu jomā, jo bagātākas valstis un indivīdi, visticamāk, gūs labumu no šīs tehnoloģijas. Šīs problēmas risināšanai var būt nepieciešama globāla sadarbība un resursu koplietošana, lai nodrošinātu šīs tehnoloģijas priekšrocību taisnīgu sadali.

Jautājumi, kas jāapsver

• Kādi varētu būt citi potenciālie izaicinājumi organoīdu intelekta attīstībā?
• Kā pētnieki var nodrošināt, ka šie biomašīnu hibrīdi tiek izstrādāti un izmantoti atbildīgi?