Cela peut paraître difficile à imaginer, mais une entreprise suisse a inventé un ordinateur fabriqué à partir de cellules cérébrales humaines vivantes, utilisant des neurones du cerveau humain pour envoyer, recevoir des signaux et traiter des données. Ces organes semblables à ceux du cerveau peuvent survivre 100 jours et consommer de l'énergie 1 million de fois moins que les processeurs traditionnels, résolvant ainsi potentiellement la crise énergétique provoquée par l'explosion des modèles linguistiques d'intelligence artificielle. Il semble que les réseaux de neurones artificiels ne soient toujours pas aussi efficaces que les réseaux de neurones biologiques.

Ces dernières années, avec le développement rapide de la technologie de l’intelligence artificielle (IA), les scientifiques ont tenté d’imiter le cerveau humain en construisant des réseaux neuronaux artificiels pour améliorer les capacités informatiques. Cependant, à mesure que les réseaux neuronaux artificiels deviennent de plus en plus complexes, l’énergie dont ils ont besoin augmente également. On estime que d’ici 2030, ils consommeront 3.5 % de l’électricité mondiale. Huang Renxun, le fondateur de NVIDIA, a même suggéré que l'IA aurait besoin de l'équivalent d'énergie pour brûler 14 Terres.

Les scientifiques ont cherché des moyens de réduire la consommation d'énergie de l'IA et ont découvert que notre cerveau dispose déjà d'une solution toute faite : utiliser de véritables cellules cérébrales humaines pour construire des réseaux neuronaux artificiels. Après tout, l’entraînement de modèles linguistiques comme GPT-3 nécessite 10 gigawattheures d’énergie, alors que le cerveau humain n’a besoin que de 0.3 kilowattheures par jour pour alimenter 86 milliards de neurones travaillant 24 heures.

Inspirée par cela, une start-up suisse appelée FinalSpark a utilisé des cellules cérébrales vivantes comme réseau informatique, les connectant à des ordinateurs et créant une nouvelle méthode combinant biologie et technologie informatique : la plateforme informatique biologique Neuroplatform. Ce système consomme beaucoup moins d’énergie que les ordinateurs traditionnels basés sur les bits.

La plate-forme informatique biologique de FinalSpark connecte 16 groupes de cellules cérébrales humaines cultivées en laboratoire, appelés organoïdes, chacun logé dans un réseau et interfacé avec des systèmes externes via huit électrodes. Un système microfluidique fournit à ces organoïdes de l’eau et des nutriments pour maintenir leurs fonctions biologiques. Cette approche, connue sous le nom de calcul humide, exploite les capacités des organoïdes cultivés en laboratoire, une technologie apparue ces dernières années permettant aux scientifiques d'étudier des répliques miniatures d'organes individuels.

En termes simples, les cellules neurales sont placées dans des boîtes de culture et nourries à l’aide d’un milieu de croissance neuronale, se développant en boules cérébrales (organoïdes frontaux, FO) d’un diamètre de 2.5 millimètres. Ceux-ci sont ensuite placés sur un réseau multi-électrodes (MEA) composé de huit électrodes, qui sont connectées à un système de test électrophysiologique accessible à distance. Les interactions et les contrôles sont gérés via une interface utilisateur personnalisée ou des scripts Python.

Mais comment ça se calcule ? La clé réside dans les huit électrodes situées sous chaque boule cérébrale. Les scientifiques induisent une activité neuronale au sein des organoïdes en appliquant des stimuli électriques d’intensité et de fréquence variables, récompensés par de la dopamine, puis enregistrent les signaux électriques des neurones. Ces signaux sont transmis à des ordinateurs pour analyse et traitement, similaires au traitement des données dans les réseaux de neurones artificiels.

La plate-forme informatique biologique de FinalSpark comprend quatre réseaux multi-électrodes connectés à 16 organoïdes cérébraux. En raison de la durée de vie limitée de ces organoïdes, qui peut durer jusqu'à 100 jours dans des conditions optimales, les scientifiques ont cultivé et remplacé plus de 1,000 18 organoïdes cérébraux au cours des trois dernières années, collectant plus de XNUMX To de données.

Bien entendu, FinalSpark n’est pas la première équipe à tenter de connecter des sondes à des systèmes biologiques. En 2023, des chercheurs américains ont développé un bioprocesseur qui connecte le matériel informatique aux organoïdes cérébraux et lui a appris à reconnaître les schémas de parole.

Actuellement, la plateforme informatique biologique de FinalSpark est principalement utilisée à des fins de recherche et est disponible gratuitement pour les groupes universitaires externes. Quatre projets ont déjà obtenu des résultats significatifs grâce à la plateforme. Cependant, FinalSpark prévoit d'étendre les capacités de la plate-forme pour gérer une gamme plus large de protocoles expérimentaux de calcul de logiciels humides, tels que les tests par injection de molécules et de médicaments dans des organoïdes. Cela implique que les applications potentielles de cette technologie s’étendent au-delà des méthodes informatiques plus économes en énergie et pourraient également faire progresser la recherche sur les organoïdes.

Les bioordinateurs fabriqués à partir de tissus cérébraux humains présentent certaines supériorités inhérentes à la conception naturelle, notamment en termes d'efficacité énergétique. Cette recherche remet non seulement en question notre compréhension traditionnelle de l’informatique et de l’intelligence artificielle, mais ouvre également de nouvelles possibilités pour l’intégration de la biologie et de la technologie. Malgré des considérations éthiques (l'étude utilise des lignées cellulaires établies disponibles dans le commerce, aucune approbation éthique n'est donc requise), les avantages potentiels de cette technologie bioinformatique en termes d'efficacité énergétique et de capacité de calcul sont indéniables. Les recherches futures révéleront davantage d’applications de cette technologie, qui pourraient jouer un rôle important dans la résolution de la crise énergétique mondiale.

Je pense que ce type d'ordinateur pourrait être plus complexe qu'il n'y paraît. Cela pourrait potentiellement permettre une intégration plus étroite, voire transparente, entre le cerveau humain et les ordinateurs, créant ainsi un nouveau type d’humains biohybrides avancés, laissant loin derrière les humains non modifiés. L’évolution humaine a-t-elle atteint un carrefour critique ? Ce que l’avenir nous réserve est inconnu, et ceux qui le savent ne sont peut-être plus considérés comme des humains.

Cette recherche a été publiée le 2 mai dans la revue Frontiers in Artificial Intelligence.