قد يكون من الصعب تخيل ذلك، لكن شركة سويسرية اخترعت جهاز كمبيوتر مصنوعًا من خلايا دماغ بشرية حية، باستخدام الخلايا العصبية في الدماغ البشري لإرسال واستقبال الإشارات ومعالجة البيانات. يمكن لهذه الأعضاء الشبيهة بالدماغ أن تبقى على قيد الحياة لمدة 100 يوم وتستهلك طاقة أقل بمليون مرة من المعالجات التقليدية، مما قد يحل أزمة الطاقة الناجمة عن انفجار نماذج لغة الذكاء الاصطناعي. يبدو أن الشبكات العصبية الاصطناعية لا تزال غير فعالة مثل الشبكات العصبية البيولوجية.

في السنوات الأخيرة، ومع التطور السريع لتكنولوجيا الذكاء الاصطناعي، حاول العلماء تقليد الدماغ البشري من خلال بناء شبكات عصبية اصطناعية لتعزيز قدرات الحوسبة. ومع ذلك، مع تزايد تعقيد الشبكات العصبية الاصطناعية، فإن الطاقة التي تحتاجها تتزايد أيضًا. وتشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2030، سوف يستهلكون 3.5% من الكهرباء العالمية. حتى أن هوانغ رينكسون، مؤسس شركة NVIDIA، اقترح أن الذكاء الاصطناعي سيحتاج إلى طاقة تعادل حرق 14 كرة أرضية.

لقد كان العلماء يبحثون عن طرق لتقليل استهلاك الذكاء الاصطناعي للطاقة، ووجدوا أن أدمغتنا لديها بالفعل حل جاهز: استخدام خلايا دماغ بشرية حقيقية لبناء شبكات عصبية اصطناعية. ففي نهاية المطاف، يتطلب تدريب نماذج اللغة مثل GPT-3 10 جيجاوات/ساعة من الطاقة، في حين يحتاج الدماغ البشري إلى 0.3 كيلووات/ساعة فقط يوميًا لتشغيل 86 مليار خلية عصبية تعمل على مدار 24 ساعة.

مستوحاة من ذلك، استخدمت شركة سويسرية ناشئة تدعى FinalSpark خلايا الدماغ الحية كمصفوفة حاسوبية، وربطتها بأجهزة الكمبيوتر وابتكرت طريقة جديدة تجمع بين علم الأحياء وتكنولوجيا الحوسبة: نظام منصة الكمبيوتر البيولوجية Neuroplatform. يستخدم هذا النظام طاقة أقل بكثير من أجهزة الكمبيوتر التقليدية المعتمدة على البت.

تربط منصة الكمبيوتر البيولوجية الخاصة بـ FinalSpark بين 16 مجموعة من خلايا الدماغ البشرية المزروعة في المختبر، والمعروفة باسم العضويات، كل منها موضوعة في مصفوفة ومتصلة بأنظمة خارجية عبر ثمانية أقطاب كهربائية. يقوم نظام الموائع الدقيقة بتزويد هذه الأعضاء بالماء والمواد المغذية للحفاظ على وظائفها البيولوجية. يعمل هذا النهج، المعروف باسم حوسبة البرامج الرطبة، على تعزيز قدرات الكائنات العضوية المزروعة في المختبر، وهي تقنية ظهرت في السنوات الأخيرة، مما يسمح للعلماء بدراسة النسخ المتماثلة المصغرة للأعضاء الفردية.

ببساطة، يتم وضع الخلايا العصبية في أطباق الثقافة ورعايتها باستخدام وسط نمو الخلايا العصبية، وتنمو في كرات الدماغ (العضيات الأمامية، FO) التي يبلغ قطرها 2.5 ملم. ثم يتم وضعها على مصفوفة متعددة الأقطاب (MEA) تتكون من ثمانية أقطاب كهربائية، متصلة بنظام اختبار كهروفيزيولوجي يمكن الوصول إليه عن بعد. تتم إدارة التفاعلات وعناصر التحكم من خلال واجهة مستخدم مخصصة أو نصوص Python.

ولكن كيف يحسب؟ يكمن المفتاح في الأقطاب الكهربائية الثمانية الموجودة أسفل كل كرة دماغية. يحفز العلماء نشاط الخلايا العصبية داخل الأعضاء العضوية عن طريق تطبيق محفزات كهربائية متفاوتة الشدة والتردد، ومكافأتها بالدوبامين، ثم تسجيل الإشارات الكهربائية من الخلايا العصبية. ويتم نقل هذه الإشارات إلى أجهزة الكمبيوتر لتحليلها ومعالجتها، على غرار معالجة البيانات في الشبكات العصبية الاصطناعية.

تتميز منصة الكمبيوتر البيولوجية الخاصة بـ FinalSpark بأربعة مصفوفات متعددة الأقطاب الكهربائية متصلة بـ 16 عضويًا دماغيًا. نظرًا للعمر المحدود لهذه العضويات الدماغية، والذي يمكن أن يستمر لمدة تصل إلى 100 يوم في ظل الظروف المثالية، فقد قام العلماء بزراعة واستبدال أكثر من 1,000 عضوي دماغي على مدار السنوات الثلاث الماضية، وجمعوا أكثر من 18 تيرابايت من البيانات.

وبطبيعة الحال، فإن FinalSpark ليس الفريق الأول الذي يحاول ربط المجسات بالأنظمة البيولوجية. في عام 2023، طور باحثون في الولايات المتحدة معالجًا حيويًا يربط أجهزة الكمبيوتر بأعضاء الدماغ ويعلمه كيفية التعرف على أنماط الكلام.

حاليًا، تُستخدم منصة الكمبيوتر البيولوجي الخاصة بـ FinalSpark في المقام الأول لأغراض البحث وهي متاحة مجانًا للمجموعات الأكاديمية الخارجية. وقد حققت أربعة مشاريع بالفعل نتائج مهمة باستخدام المنصة. ومع ذلك، تخطط FinalSpark لتوسيع قدرات النظام الأساسي للتعامل مع نطاق أوسع من البروتوكولات التجريبية لحوسبة البرامج الرطبة، مثل الاختبار عن طريق حقن الجزيئات والأدوية في الأعضاء العضوية. وهذا يعني أن التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا تمتد إلى ما هو أبعد من أساليب الحوسبة الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، ويمكن أن تؤدي أيضًا إلى تطوير أبحاث الأعضاء العضوية.

تظهر الحواسيب الحيوية المصنوعة من أنسجة المخ البشري بعض التفوق المتأصل في التصميم الطبيعي، وخاصة من حيث كفاءة الطاقة. لا يتحدى هذا البحث فهمنا التقليدي للحوسبة والذكاء الاصطناعي فحسب، بل يفتح أيضًا إمكانيات جديدة للتكامل بين علم الأحياء والتكنولوجيا. على الرغم من الاعتبارات الأخلاقية (تستخدم الدراسة خطوط الخلايا القائمة المتاحة تجاريًا، وبالتالي لا يلزم الحصول على موافقة أخلاقية)، فإن المزايا المحتملة لتكنولوجيا الكمبيوتر الحيوي هذه في كفاءة الطاقة والقدرة الحسابية لا يمكن إنكارها. وستكشف الأبحاث المستقبلية عن المزيد من التطبيقات لهذه التكنولوجيا، والتي قد تلعب دورًا مهمًا في معالجة أزمة الطاقة العالمية.

أشعر أن هذا النوع من أجهزة الكمبيوتر قد يكون أكثر تعقيدًا مما يبدو. ومن الممكن أن يتيح تكاملًا أوثق، إن لم يكن سلسًا، بين الدماغ البشري وأجهزة الكمبيوتر، مما يخلق نوعًا جديدًا من البشر الهجين الحيوي المتقدمين، تاركين البشر غير المعدلين بعيدًا عن الركب. هل وصل التطور البشري إلى مفترق طرق حاسم؟ ما يخبئه المستقبل غير معروف، وأولئك الذين يعرفون ربما لم يعودوا يعتبرون بشرًا.

تم نشر هذا البحث في الثاني من مايو في مجلة Frontiers in Artificial Intelligence.