دانشمندان یک زیست‌رایانه با بافت واقعی مغز انسان ساختند

دانشمندان دانشگاه ایندیانا در آن چه شبیه به صحنه‌ای از یک فیلم علمی-تخیلی به نظر می‌رسد، یک رایانه زیستی هیبریدی ساخته‌اند که بافت مغز انسان در آزمایشگاه را با مدارهای سنتی ادغام می‌کند. این فناوری نوآورانه که به عنوان Brainoware شناخته می‌شود، پتانسیل ادغام در سیستم‌های هوش مصنوعی(AI) و پیشرفت مدل‌های تحقیقاتی علوم اعصاب مغز انسان را دارد. ارگانوئیدها از سلول‌های بنیادی تشکیل می‌شوند که توانایی تبدیل شدن به سلول‌های مختلف، از جمله سلول‌های عصبی مشابه سلول‌های موجود در مغز انسان را دارند.
هدف این تحقیق ایجاد ارتباط بین هوش مصنوعی و ارگانوئیدها است، زیرا هر دو سیستم بر انتقال سیگنال‌ها از طریق گره‌های به هم پیوسته متکی هستند که یک شبکه عصبی را تشکیل می‌دهند.
فنگ گو، یکی از نویسندگان این مطالعه و مهندس زیستی در دانشگاه ایندیانا، می‌گوید: ما می‌خواستیم این سوال را بپرسیم که آیا می‌توانیم از شبکه عصبی زیستی درون ارگانوئید مغز برای انجام محاسبات استفاده کنیم یا خیر. برای ایجاد سیستم Brainoware، محققان یک ارگانوئید واحد را روی صفحه‌ای قرار می‌دهند که حاوی هزاران الکترود است که مغز را به مدارهای الکتریکی متصل می‌کند.
 سپس اطلاعات ورودی مورد نظر را به الگویی از پالس‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند که به ارگانوئید می‌رسند. پاسخ بافت مغز توسط یک حسگر ثبت می‌شود و با استفاده از یک الگوریتم یادگیری ماشینی که اطلاعات مربوطه را رمزگشایی می‌کند، تجزیه و تحلیل می‌شود. برای آزمایش قابلیت‌های Brainoware، محققان از تشخیص صدا استفاده کردند. آنها سیستم را روی ۲۴۰ صدای ضبط شده از هشت نفر آموزش دادند و صدا را به سیگنال‌های الکتریکی تحویل داده شده به ارگانوئید ترجمه کردند. مغز کوچک به هر صدا واکنش متفاوتی نشان داد و الگوهای مشخصی از فعالیت عصبی را ایجاد کرد. هوش مصنوعی یاد گرفت که این پاسخ‌ها را تفسیر و گوینده را به طور دقیق شناسایی کند و پس از آموزش به دقت ۷۸درصدی دست یافت. در حالی که انجام تحقیقات بیشتر ضروری است، این مطالعه مفاهیم نظری مهمی را نشان می‌دهد که در نهایت می‌توانند راه را برای ساخت رایانه‌های زیستی هموار کنند. آزمایش‌های قبلی توانایی کشت‌های سلولی دو بُعدی نورون‌ها را برای انجام وظایف مشابه نشان داده است اما این اولین باری است که چنین قابلیت‌هایی در یک ارگانوئید مغزی سه‌بعدی نشان داده می‌شود. ترکیب ارگانوئیدها و رایانه‌ها می‌تواند محققان را قادر سازد تا از سرعت و کارایی مغز انسان برای کاربردهای هوش مصنوعی بهره ببرد. علاوه بر این، Brainoware کاربردهای بالقوه‌ای در تحقیقات مغز به ویژه برای مطالعه اختلالات عصبی مانند بیماری آلزایمر و آزمایش اثرات درمان‌های مختلف بر روی ارگانوئیدها دارد. با این حال، استفاده از سلول‌های زنده برای محاسبات، چالش‌هایی از جمله حفظ ارگانوئیدها را به همراه دارد. رشد و زنده ماندن ارگانوئیدها ممکن است با بزرگتر شدن آنها پیچیده‌تر شود.