אולי קשה לדמיין את זה, אבל חברה שוויצרית המציאה מחשב העשוי מתאי מוח אנושיים, תוך שימוש בתאי מוח אנושיים כדי לשלוח, לקבל אותות ולעבד נתונים. איברים דמויי מוח אלה יכולים לשרוד במשך 100 ימים ולצרוך אנרגיה פי מיליון פחות ממעבדים מסורתיים, מה שעשוי לפתור את משבר האנרגיה שהביא לפיצוץ מודלים של שפות בינה מלאכותית. נראה שרשתות עצבים מלאכותיות עדיין אינן יעילות כמו רשתות עצביות ביולוגיות.

בשנים האחרונות, עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית הבינה המלאכותית (AI), מדענים ניסו לחקות את המוח האנושי על ידי בניית רשתות עצביות מלאכותיות כדי לשפר את יכולות המחשוב. עם זאת, ככל שרשתות עצבים מלאכותיות הופכות מורכבות יותר ויותר, האנרגיה שהן דורשות גדלה גם היא. ההערכה היא שעד 2030 הם יצרכו 3.5% מהחשמל העולמי. Huang Renxun, מייסד NVIDIA, אפילו הציע שבינה מלאכותית תזדקק לאנרגיה המקבילה לשריפת 14 כדורי הארץ.

מדענים חיפשו דרכים להפחית את צריכת האנרגיה של AI וגילו שלמוח שלנו כבר יש פתרון מוכן: שימוש בתאי מוח אנושיים אמיתיים לבניית רשתות עצביות מלאכותיות. אחרי הכל, אימון מודלים של שפות כמו GPT-3 דורש 10 ג'יגה-ואט-שעה של אנרגיה, בעוד שהמוח האנושי צריך רק 0.3 קילוואט-שעה ליום כדי להפעיל 86 מיליארד נוירונים הפועלים 24 שעות.

בהשראת זה, חברת סטארטאפ שוויצרית בשם FinalSpark השתמשה בתאי מוח חיים כמערך מחשוב, חיברה אותם למחשבים ויצרה שיטה חדשה המשלבת ביולוגיה וטכנולוגיית מחשוב: פלטפורמת המחשב הביולוגית Neuroplatform system. מערכת זו משתמשת בהרבה פחות אנרגיה ממחשבים מסורתיים מבוססי סיביות.

פלטפורמת המחשב הביולוגית של FinalSpark מחברת בין 16 צבירי תאי מוח אנושיים שגדלו במעבדה, הידועים כאורגנואידים, כל אחד מאוכסן במערך ומממשק עם מערכות חיצוניות באמצעות שמונה אלקטרודות. מערכת מיקרופלואידית מספקת לאורגנואידים אלה מים וחומרי הזנה כדי לשמור על הפונקציות הביולוגיות שלהם. גישה זו, המכונה מחשוב לחות, ממנפת את היכולות של אורגנואידים המעובדים במעבדה - טכנולוגיה שהופיעה בשנים האחרונות ומאפשרת למדענים לחקור העתקים מיניאטוריים של איברים בודדים.

במילים פשוטות, תאים עצביים ממוקמים בכלי תרבית ומטופחים באמצעות מצע גידול נוירונים, צומחים לכדורי מוח (אורגנואידים קדמיים, FO) בקוטר של 2.5 מילימטרים. אלה ממוקמים לאחר מכן על מערך רב אלקטרודות (MEA) המורכב משמונה אלקטרודות, המחוברות למערכת בדיקה אלקטרופיזיולוגית נגישה מרחוק. אינטראקציות ובקרות מנוהלות באמצעות ממשק משתמש מותאם אישית או סקריפטים של Python.

אבל איך זה מחושב? המפתח נמצא בשמונה האלקטרודות שמתחת לכל כדור מוח. מדענים מעוררים פעילות נוירונים בתוך האורגנואידים על ידי הפעלת גירויים חשמליים בעוצמה ובתדירות משתנים, מתגמלים עם דופמין, ולאחר מכן מתעדים את האותות החשמליים מהנוירונים. אותות אלו מועברים למחשבים לצורך ניתוח ועיבוד, בדומה לעיבוד הנתונים ברשתות עצביות מלאכותיות.

פלטפורמת המחשב הביולוגית של FinalSpark כוללת ארבעה מערכי אלקטרודות מרובים המחוברים ל-16 אורגנואידים במוח. בשל תוחלת החיים המוגבלת של האורגנואידים הללו, שיכולה להימשך עד 100 ימים בתנאים אופטימליים, מדענים תרבו והחליפו למעלה מ-1,000 אורגנואידים במוח במהלך שלוש השנים האחרונות, תוך שהם אספו יותר מ-18TB של נתונים.

כמובן, FinalSpark הוא לא הצוות הראשון שמנסה לחבר בדיקות למערכות ביולוגיות. בשנת 2023, חוקרים בארצות הברית פיתחו מעבד ביולוגי המחבר בין חומרת מחשב לבין אורגנואידים במוח ולימדו אותו לזהות דפוסי דיבור.

נכון לעכשיו, פלטפורמת המחשב הביולוגית של FinalSpark משמשת בעיקר למטרות מחקר וזמינה ללא תשלום לקבוצות אקדמיות חיצוניות. ארבעה פרויקטים כבר השיגו תוצאות משמעותיות באמצעות הפלטפורמה. עם זאת, FinalSpark מתכננת להרחיב את יכולות הפלטפורמה לטיפול במגוון רחב יותר של פרוטוקולים ניסיוניים למחשוב רטובים, כגון בדיקה על ידי הזרקת מולקולות ותרופות לאורגנואידים. זה מרמז שהיישומים הפוטנציאליים של טכנולוגיה זו מתרחבים מעבר לשיטות מחשוב חסכוניות יותר באנרגיה ויכולים גם לקדם את המחקר האורגני.

מחשבים ביולוגיים המיוצרים מרקמת מוח אנושית מציגים עליונות מסוימות הגלומות בעיצוב טבעי, במיוחד במונחים של יעילות אנרגטית. מחקר זה לא רק מאתגר את ההבנה המסורתית שלנו לגבי מחשוב ואינטליגנציה מלאכותית, אלא גם פותח אפשרויות חדשות לשילוב של ביולוגיה וטכנולוגיה. למרות שיקולים אתיים (המחקר משתמש בקווי תאים מבוססים זמינים מסחרית, ולכן לא נדרש אישור אתי), אין להכחיש את היתרונות הפוטנציאליים של טכנולוגיית ביו-מחשב זו ביעילות אנרגטית ויכולת חישוב. מחקר עתידי יגלה יישומים נוספים של טכנולוגיה זו, שעשויים למלא תפקיד משמעותי בטיפול במשבר האנרגיה העולמי.

אני מרגיש שסוג המחשב הזה עשוי להיות מורכב יותר ממה שהוא נראה. זה עשוי לאפשר אינטגרציה קרובה יותר, אם לא חלקה, בין המוח האנושי למחשבים, ליצור סוג חדש של בני אדם ביו-היברידיים מתקדמים, ולהשאיר בני אדם ללא שינוי הרחק מאחור. האם האבולוציה האנושית הגיעה לצומת דרכים קריטית? מה צופן העתיד אינו ידוע, ומי שיודע אולי כבר לא ייחשב אנושי.

מחקר זה פורסם ב-2 במאי בכתב העת Frontiers in Artificial Intelligence.