تلاش دانشمندان برای ساخت بیوکامپیوترها؛ کامپیوترهایی از جنس مغز زنده!

درحالیکه کامپیوترهای سیلیکونی برای انجام عملیات محاسباتی با اعداد و ارقام عملکرد بسیار خوبی دارند، دانشمندان در جدیدترین تحقیقات خود به این فکر می‌کنند که شاید بهتر باشد از مدل‌های مغز موجودات زنده که قدرت یادگیری بهتری دارند، برای عملیات آموزش هوشمند استفاده کرد! اگر این تفکر شما را نیز به تعجب واداشته شاید بهتر باشد در ادامه این مطلب با ما همراه باشید تا به نتایج آزمایش‌های عجیب دانشمندان از رشد مینی‌مغزها در محیط آزمایشگاهی بپردازیم.

شاید تنها در آزمایشگاه‌هایی با انواع و اقسام بشر و دودهای رنگ و وارنگ در داخل فیلم‌های علمی و تخیلی دیده باشید که دانشمندی دیوانه به فکر ساخت ربات‌هایی است که از مغز انسانی استفاده می‌کنند.

اما تیمی از دانشمندان ایده بسیار خاصی را دنبال می‌کنند که به لطف آن با توسعه و رشد مغزهای کوچک در محیط آزمایشگاهی به فکر این هستند که بتوانند با ساخت یک شبکه و اتصال این مغزها به یکدیگر، زمینه ساخت بیوکامپیوترهایی را شکل دهند که بدون شک عملکردهایی فراتر از تصور فعلی ما خواهند داشت.

در مقاله جدیدی که در این زمینه در ژورنال Frontiers in Science منتشر شده، تیمی از محققان نقشه راهی برای دستیابی به این هدف ارائه کردند؛ یک زمینه چند رشته ای جدید که آن را «هوش زیستی یا Organoid Intelligence» یا به اختصار OI می‌نامند.

در این مقاله آمده است که هدف از ابداع اصطلاح جدید «تثبیت OI به‌عنوان شکلی از محاسبات بیولوژیکی واقعی است که ارگانوئیدهای مغز را با استفاده از پیشرفت‌های علمی و مهندسی زیستی به شیوه‌ای مسئولانه، اخلاقی و مهار شده» است.

بیوکمپیوترهای متشکل از مینی مغزها یا ارگانوئیدها، ساختارهای کوچک سه بعدی متشکل از سلول‌های بنیادی خواهند بود که برای تقلید از شکل مغز و توانایی یادگیری طراحی شده‌اند. این واحدهای زیستی می‌توانند نشان دهنده جهشی بزرگ در قدرت محاسباتی باشند که با کلیه ساختارهای محاسبات بر پایه سیلیکون امروزی متفاوت است.

جان هارتانگ، نویسنده مسئول و استاد میکروبیولوژی در دانشگاه جان هاپکینز، در مورد این پژوهش طی بیانه‌ای این‌گونه توضیح می‌دهد:

در حالی که کامپیوترهای مبتنی بر سیلیکون مطمئناً با اعداد بهتر هستند، مغزها در اموری مانند یادگیری بهتر هستند. برای مثال، AlphaGo [هوش مصنوعی که بازیکن شماره یک بازی Go دنیا در سال 2017 را شکست داد] بر اساس داده‌های 160،000 بازی آموزش دید. این یعنی یک فرد باید بیش از 175 سال پنج ساعت در روز بازی کند تا این تعداد بازی را تجربه نماید.

هارتانگ استدلال می‌کند که به لطف توانایی باورنکردنی این سیستم برای ذخیره اطلاعات و یادگیری انرژی بسیار کارآمدتر از رایانه های معمولی، «تفاوت قدرت عظیمی در مقایسه با فناوری فعلی ما» بین مغز انسان و یک رایانه معمولی وجود دارد.

اگر تا به این جای داستان برایتان جالب توجه بوده باید اشاره کنیم که دانشمندان پیش از این موفقیت شده‌اند به مغزهای کوچک آموزش دهند که چگونه کارهای ساده را انجام دهند. به عنوان مثال، در سال 2021، دانشمندان موفق شدند تعدادی از ارگانوئیدها را آموزش دهند تا بازی ویدیویی "پنگ" را انجام دهند.

اخیراً، تیمی از محققان در دانشگاه پنسیلوانیا با موفقیت نورون‌های انسانی را در مغز موش‌هایی با قشر بینایی آسیب‌دیده وارد کردند. با تنظیم دقیق ارگانوئیدها این موجودات توانستند تا حدی عملکرد این نواحی آسیب‌دیده مغزشان را بازیابی کنند.

اما قبل از اینکه بتوانیم از ارگانوئیدهای کوچک ابر مغزی بسازیم که بتواند وظایف پیچیده را به نحو احسن انجام دهد، دانشمندان هنوز کار زیادی برای انجام دادن دارند. پروفسور هارتانگ در این زمینه توضیح می‌دهد:

مینی مغزهای رشد یافته در آزمایشگاه، که اغلب به آنها ارگانوئیدهای مغزی گفته می‌شود، بسیار کوچک هستند و باید از حدود 50،000 سلول فعلی در هر کدام به حداقل 10 میلیون افزایش یابند.

این پژوهشگر و همکارانش علاوه بر تلاش‌هایی که برای افزایش واحدهای شبکه پردازشی ارگانیک مذکور، در حال کار بر روی راه‌های جدیدی برای برقراری ارتباط ارگانوئیدها با یکدیگر هستند. این بدان معناست که آنها باید دانشی را که یک واحد به دست آورده، به طریقی به دیگری منتقل کنند. دکتر هارتانگ در این زمینه نیز این‌طور توضیح می‌دهد:

ما یک دستگاه رابط مغز و رایانه ایجاد نمودیم که نوعی کلاهک EEG برای ارگانوئیدها است و در مقاله‌ای که در ماه آگوست گذشته منتشر شد، جزئیات آن را ارائه کردیم. این دستگاه یک پوسته انعطاف پذیر است که به طور متراکم با الکترودهای کوچک پوشیده شده که هم می تواند سیگنال های ارگانوئید را بگیرد و هم سیگنال ها را به آن منتقل کند.

طبیعتاً هوش ارگانوئیدی در ابتدای مسیر جذاب خود است ولی از همین حالا توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. اگر نگاهی که به این ایده جدید برای پردازش اطلاعات داریم به حقیقت بپیوندد اتفاقات بسیار خاصی منتظرمان خواهند بود. برای مثال، روزی خواهیم توانست ارگانوئیدهای مغزی شخصی‌سازی‌شده را برای کمک به بیماران مبتلا به اختلالات عصبی مانند آلزایمر پرورش دهیم، یا همانطور که هارتانگ پیشنهاد می‌کند مواد خاصی مانند داروهایی که باعث رفع مشکلات حافظه یا یادگیری می‌شوند را آزمایش کنیم.