Καλώς ήρθατε στις Υπηρεσίες Έρευνας και Στρατηγικής στο σημερινό γρήγορο ρυθμό.
Τα οργανοειδή είναι επί του παρόντος ένας από τους ταχύτερα εξελισσόμενους τομείς της επιστήμης. Επίσης, εξελίσσονται με πολλούς διαφορετικούς, αλλά εξίσου συναρπαστικούς τρόπους. Εδώ θα καλύψουμε 3 κύριες αναδυόμενες λεωφόρους που υπόσχονται να αυξήσουν κατά πολύ τη δύναμή τους, να ανταγωνιστούν τη νοημοσύνη των μηχανών και ενδεχομένως να ξεκλειδώσουν μυστικά για την πρόληψη νευροεκφυλιστικών ασθενειών.
Τα οργανοειδή (ή συναρμολογοειδή ) είναι λειτουργικές ομάδες νευρώνων που αναπτύσσονται in vitro, συνήθως από βλαστοκύτταρα με βάση το δέρμα. Αυτοί οι σχετικά πολύπλοκοι ζωντανοί σχηματισμοί του εγκεφάλου, που μπορεί να είναι ζώα ή άνθρωποι, χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της νευρωνικής μηχανικής στο εργαστήριο, έξω από έναν πραγματικό εγκέφαλο.
Προς περιφρόνηση των νευροεπιστημόνων, αναφέρονται συχνά στα μέσα ενημέρωσης ως «μίνι-εγκέφαλοι» ή «εγκέφαλοι σε ένα πιάτο», κάτι που δεν είναι ακριβές, καθώς είναι συνήθως εξαιρετικά μικροί και η πολυπλοκότητά τους είναι πολύ απλούστερη από τον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Τούτου λεχθέντος, και όπως θα καλύψουμε εδώ, αναπτύσσονται διάφορες μέθοδοι για να αυξηθεί σημαντικά το μέγεθος και η λειτουργική πολυπλοκότητά τους.
Για πρώτη φορά στην ιστορία, τα ζώα μπορεί να αποκτούν ορισμένες πτυχές της ανθρώπινης νοημοσύνης μέσω ολοκληρωμένων μεταμοσχεύσεων εγκεφάλου.
Η ερευνητική αξία των οργανοειδών είναι αρκετά περιορισμένη από το μέγεθος και την πολυπλοκότητα στα οποία μπορούν να αναπτυχθούν. Για να ξεπεραστεί αυτό το ζήτημα, μια νέα προσέγγιση που δημοσιεύτηκε στο Nature , έχει μεταμοσχεύσει οργανοειδή ανθρώπινου φλοιού σε εγκεφάλους ζωντανών αρουραίων (που φαίνεται στην παραπάνω εικόνα).
6 μήνες μετά την ενσωμάτωση, οι ανθρώπινοι νευρώνες έφτασαν σε μια νέα τάξη ωρίμανσης, αυξάνοντας 6 φορές μεγαλύτερο από αυτό που ήταν δυνατό in vitro. Η δραστηριότητά τους μιμήθηκε καλύτερα ορισμένες από τις πιο εξελιγμένες συμπεριφορές που παρατηρήθηκαν στον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Σε ένα πείραμα παρακολούθησης, οι ερευνητές πυροβόλησαν ειδικά τους γενετικά τροποποιημένους ανθρώπινους νευρώνες χρησιμοποιώντας οπτογενετική και κατάφεραν να επηρεάσουν με επιτυχία πόσο συχνά οι αρουραίοι αναζητούσαν ανταμοιβή. Δηλαδή, τον έλεγχο των ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων μέσα σε έναν εγκέφαλο αρουραίων, για τον έλεγχο της συμπεριφοράς του αρουραίου.
Αυτή η προσέγγιση ανοίγει τη δυνατότητα ανάπτυξης πολύπλοκων συστημάτων ανθρώπινου εγκεφάλου από βλαστοκύτταρα με περιορισμένους τεχνολογικούς πόρους. Αν και συναρπαστικός, αυτός ο νέος τομέας της βιολογικής έρευνας, ακόμη και η ίδια η βιολογία, μπορεί να είναι γεμάτος ηθικές επιπλοκές, ακόμη και με τον τρόπο ταξινόμησης ενός τέτοιου υβριδικού οργανισμού.
Μελέτη: Ωρίμανση και ολοκλήρωση κυκλώματος μεταμοσχευμένων ανθρώπινων φλοιωδών οργανοειδών , Omer Revah et al.Stu
Αυτό το βίντεο είναι κάτι περισσότερο από ό,τι φαίνεται - είναι στην πραγματικότητα ο πρώτος επιτυχημένος υβριδισμός βιολογικών νευρώνων και τσιπ πυριτίου που μαθαίνουν να παίζουν ένα προσομοιωμένο παιχνίδι.
Σε σύγκριση με τη σύνθεση οργανοειδών σε διαφορετικούς βιολογικούς εγκεφάλους, αυτή η έρευνα πηγαίνει σε μια εντελώς νέα, αλλά εξίσου συγκλονιστική κατεύθυνση, συνθέτοντας απευθείας ένα μείγμα οργανοειδών ανθρώπων/τρωκτικών με υπολογιστές. Με την ονομασία «συνθετική βιολογική νοημοσύνη» (SBI), ο στόχος είναι να συγχωνευθούν συνεργιστικά αυτές οι κάποτε αποκλίνουσες μορφές νοημοσύνης.
Συγκεκριμένα, οι ερευνητές προσπάθησαν να φέρουν τη δύναμη της πολυπλοκότητας τρίτης τάξης που βρίσκεται στα οργανοειδή, η οποία δεν ήταν ποτέ εφικτή στους παραδοσιακούς υπολογιστές. Και επιπλέον, να επιτευχθεί ο επίσημος ορισμός της αίσθησης σε νευρωνικούς πολιτισμούς, επιδεικνύοντας αποτελεσματικά την αισθητηριακή ανατροφοδότηση μάθησης.
Σε αυτή τη μελέτη τα in vitro οργανοειδή ενσωματώθηκαν με υπολογιστές «in silico» μέσω μιας συστοιχίας πολλαπλών ηλεκτροδίων υψηλής πυκνότητας. Χρησιμοποιώντας δομημένη ανάδραση κλειστού βρόχου μέσω ηλεκτροφυσιολογικής διέγερσης, το πείραμα με το όνομα «BrainDish» ενσωματώθηκε σε μια προσομοίωση του εικονικού παιχνιδιού υπολογιστή Pong.
Η ικανότητα των νευρώνων σε συγκροτήματα να ανταποκρίνονται σε εξωτερικά ερεθίσματα προσαρμοστικά είναι η βάση για όλη τη μάθηση των ζώων. Αν και αυτό το αρχικό πείραμα είναι μια πολύ βασική προσομοίωση, έχει επιδείξει έξυπνη και αισθησιακή συμπεριφορά σε έναν προσομοιωμένο κόσμο του παιχνιδιού μέσω της συμπεριφοράς που κατευθύνεται προς τους στόχους.
Αυτή η προσέγγιση παρέχει μια πολλά υποσχόμενη νέα ερευνητική λεωφόρο για να υποστηρίξει ή να αμφισβητήσει θεωρίες που εξηγούν πώς αλληλεπιδρά ο εγκέφαλος με τον κόσμο και για τη μελέτη της νοημοσύνης γενικότερα. Μπορεί επίσης να είναι πανάκεια για την υπέρβαση των βασικών προκλήσεων που αντιμετωπίζει η εξέλιξη της νοημοσύνης μηχανών πέρα από τα ανθρώπινα επίπεδα, καθώς οι νευρώνες έχουν διάφορα μαθησιακά χαρακτηριστικά που δεν έχουμε ακόμη μιμηθεί στους υπολογιστές.
Μελέτη: Οι νευρώνες in vitro μαθαίνουν και εκδηλώνουν αίσθηση όταν ενσωματώνονται σε έναν προσομοιωμένο κόσμο παιχνιδιού , ο Brett J. Kagan et al.
Τα δύο πρώτα παραδείγματά μας λαμβάνουν οργανοειδή σε διαφορετικά εξελικτικά μονοπάτια από αυτά που αρχικά οραματίστηκαν οι νευροεπιστήμονες. Ωστόσο, ακόμη και ο παραδοσιακός τομέας της επιστήμης των οργανοειδών είναι ακόμη σχεδόν στα σπάργανα και αυτό πρόκειται να αλλάξει γρήγορα.
Υπάρχουν πολλές υποσχόμενες μέθοδοι που αναδύονται για την αύξηση της κλίμακας, της πολυπλοκότητας και της λειτουργικής εξειδίκευσής τους, διατηρώντας παράλληλα την πρακτική τους πρόσβαση σε ένα πιάτο εργαστηρίου. Ως εκ τούτου, τα οργανοειδή του εγκεφάλου είναι επί του παρόντος ένας από τους πιο συναρπαστικούς τομείς έρευνας στον βιουπολογισμό.
Αν και πετάει κάτω από το ραντάρ των παραδοσιακών προσεγγίσεων μηχανικής νοημοσύνης, η «Οργανοειδής νοημοσύνη» (OI) αναδύεται ως πιθανός υποψήφιος για την ταχύτερη διαδρομή προς το ιερό δισκοπότηρο της τεχνητής γενικής νοημοσύνης (AGI).
Μια κοινοπραξία 20+ επιστημονικών ηγετών στο διάστημα δημοσίευσε πρόσφατα μια ολοκληρωμένη εργασία ορόσημο για την προώθηση της επιστήμης των οργανοειδών.
Ακολουθούν 6 βασικοί ισχυρισμοί που διατυπώνουν.
1. Οι βιολογικοί υπολογιστές (ή βιουπολογιστές) θα μπορούσαν να είναι ταχύτεροι, πιο αποτελεσματικοί και πιο ισχυροί από τους υπολογιστές με βάση το πυρίτιο και την τεχνητή νοημοσύνη, και απαιτούν μόνο ένα κλάσμα της ενέργειας.
2. Η «οργανοειδής νοημοσύνη» (OI) περιγράφει ένα αναδυόμενο πολυεπιστημονικό πεδίο που εργάζεται για την ανάπτυξη βιολογικών υπολογιστών χρησιμοποιώντας τρισδιάστατες καλλιέργειες ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων (οργανοειδή εγκεφάλου) και τεχνολογίες διεπαφής εγκεφάλου-μηχανής.
3. Το OI απαιτεί την κλιμάκωση των τρεχόντων οργανοειδών του εγκεφάλου σε περίπλοκες, ανθεκτικές δομές 3D εμπλουτισμένες με κύτταρα και γονίδια που σχετίζονται με τη μάθηση, και τη σύνδεσή τους με συσκευές εισόδου και εξόδου επόμενης γενιάς και συστήματα τεχνητής νοημοσύνης/μηχανής εκμάθησης.
4. Το OI απαιτεί νέα μοντέλα, αλγόριθμους και τεχνολογίες διεπαφής για να επικοινωνούν με τα οργανοειδή του εγκεφάλου, να κατανοούν πώς μαθαίνουν και υπολογίζουν και να επεξεργάζονται και να αποθηκεύουν τις τεράστιες ποσότητες δεδομένων που θα παράγουν.
5. Η έρευνα για το ΟΙ θα μπορούσε επίσης να βελτιώσει την κατανόησή μας για την ανάπτυξη του εγκεφάλου, τη μάθηση και τη μνήμη, βοηθώντας ενδεχομένως στην εύρεση θεραπειών για νευρολογικές διαταραχές όπως η άνοια.
6. Η διασφάλιση ότι η ΟΙ αναπτύσσεται με ηθικά και κοινωνικά ανταποκρινόμενο τρόπο απαιτεί μια προσέγγιση «ενσωματωμένης ηθικής», όπου διεπιστημονικές και αντιπροσωπευτικές ομάδες ηθικών, ερευνητών και μελών του κοινού εντοπίζουν, συζητούν και αναλύουν ηθικά ζητήματα και τα ανατροφοδοτούν για να ενημερώσουν τη μελλοντική έρευνα και δουλειά.
Με λίγα λόγια, αυτοί οι ερευνητές ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν δείγματα ανθρώπινου ιστού για να αναπτυχθούν και να χειριστούν όλο και πιο ισχυρές συλλογές εγκεφαλικών κυττάρων που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν στη θέση των τυπικών τσιπ υπολογιστών πυριτίου.
Αυτά τα σμήνη κυττάρων θα είναι πολύ μεγαλύτερα και θα αναπτυχθούν σε τρεις διαστάσεις, γεγονός που επιτρέπει στους νευρώνες μέσα σε αυτά να δημιουργήσουν σημαντικά περισσότερες συνδέσεις.
Είναι μια τεχνολογία που απαιτεί πολλούς επιστημονικούς κλάδους για να ξεπεράσει το έδαφος. Ενώ ορισμένοι ερευνητές εργάζονται για την ανάπτυξη οργανοειδών στο μέγεθος των 10 εκατομμυρίων κυττάρων, που οι επιστήμονες εκτιμούν ότι είναι απαραίτητο για να αρχίσουν να λειτουργούν οπουδήποτε κοντά στον ανθρώπινο εγκέφαλο, άλλοι αναπτύσσουν τεχνολογία που θα μας επέτρεπε να επικοινωνούμε με ένα σωρό κύτταρα και να επικοινωνήσει ξανά αυτό το μάτσο.
Ένα βασικό βήμα σε αυτή την αμφίδρομη επικοινωνία έγινε πρόσφατα μέσω της ανάπτυξης ενός είδους καλύμματος EEG για οργανοειδή, χρησιμοποιώντας ένα εύκαμπτο κέλυφος πυκνά καλυμμένο με μικροσκοπικά ηλεκτρόδια που μπορούν να λάβουν σήματα από το οργανοειδές και να μεταδώσουν σήματα σε αυτό.
Αλλά μόνο η κατασκευή ενός πολύ ισχυρού υπολογιστή δεν είναι το μόνο πράγμα στο οποίο στοχεύουν αυτοί οι ερευνητές. Ελπίζουν επίσης να χρησιμοποιήσουν αυτούς τους υπολογιστές OI για να αναλύσουν νευρολογικές καταστάσεις και να βοηθήσουν τους ασθενείς.
Ο κορυφαίος ερευνητής οργανοειδών Thomas Hartung συνόψισε: «Για παράδειγμα, θα μπορούσαμε να συγκρίνουμε τον σχηματισμό μνήμης σε οργανοειδή που προέρχονται από υγιείς ανθρώπους και από ασθενείς με Αλτσχάιμερ και να προσπαθήσουμε να επιδιορθώσουμε τα σχετικά ελλείμματα. Θα μπορούσαμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε το OI για να ελέγξουμε εάν ορισμένες ουσίες, όπως τα φυτοφάρμακα, προκαλούν προβλήματα μνήμης ή μάθησης».
Θα μπορούσαν να ανακουφίσουν τον ανθρώπινο πόνο και τις ασθένειες μέσω των θεραπειών που βοηθούν στην ανάπτυξη και θα μπορούσαν να σώσουν τη ζωή χιλιάδων ζώων που θυσιάζονται αυτή τη στιγμή για την ανθρώπινη έρευνα.
Μελέτη: Οργανοειδής νοημοσύνη (OI): the new frontier in biocomputing and intelligence-in-a-dish , L Smirnova, et. al.
Τον Απρίλιο του 2021, οι Εθνικές Ακαδημίες Επιστημών, Μηχανικής και Ιατρικής των ΗΠΑ δημοσίευσαν μια έκθεση που δηλώνει ότι, παρόλο που οι μίνι εγκέφαλοι είναι επί του παρόντος ασήμαντοι σε μέγεθος, πολυπλοκότητα και ωριμότητα, καθώς αυξάνονται, κανείς δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι δεν θα αναπτύξει κάποιο είδος της ανθρώπινης επίγνωσης.
Εάν συμβεί αυτό, τότε η αυξανόμενη πολυπλοκότητα των οργανοειδών θα μπορούσε να γίνει ένα ηθικό κουτί σκουληκιών, εμποδίζοντας την περαιτέρω ανάπτυξή τους. Ωστόσο, αυτό θα σηματοδοτούσε επίσης την πρώτη πραγματική συνάντηση μιας μη ανθρώπινης αλλά ανθρώπινης συνείδησης , η οποία θα ήταν ορόσημο από μόνη της.
Καλώς ήρθατε στις Υπηρεσίες Έρευνας και Στρατηγικής στο σημερινό γρήγορο ρυθμό.
Εδώ είναι μερικά συναρπαστικά ευρήματα της νευροεπιστήμης για τον ανθρώπινο εγκέφαλο που ίσως δεν γνωρίζετε.
Μια ποικιλία ερευνητικών προσεγγίσεων NeuroTracker οδήγησε σε μερικές συναρπαστικές ιδέες για το πώς ο εγκέφαλος επηρεάζει την ανθρώπινη απόδοση και ευεξία
Λάβετε μια επισκόπηση των δοκιμών που έχουν σχεδιαστεί για να αποκωδικοποιούν τον τρόπο λειτουργίας της φαιάς ουσίας σας.
Το #1 πιο επιστημονικά επικυρωμένο σύστημα γνωσιακής εκπαίδευσης στον κόσμο. Βασισμένο σε 20 χρόνια έρευνας νευροεπιστήμης από κορυφαίες αρχές στους τομείς τους. Βελτιώστε τον εγκέφαλο και την απόδοσή σας.
