Potrebbe essere difficile da immaginare, ma un’azienda svizzera ha inventato un computer composto da cellule cerebrali umane viventi, che utilizza i neuroni del cervello umano per inviare, ricevere segnali ed elaborare dati. Questi organi simili al cervello possono sopravvivere per 100 giorni e consumare energia 1 milione di volte meno dei processori tradizionali, risolvendo potenzialmente la crisi energetica portata dall’esplosione dei modelli linguistici dell’intelligenza artificiale. Sembra che le reti neurali artificiali non siano ancora efficienti quanto le reti neurali biologiche.

Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo della tecnologia dell’intelligenza artificiale (AI), gli scienziati hanno cercato di imitare il cervello umano costruendo reti neurali artificiali per migliorare le capacità di calcolo. Tuttavia, man mano che le reti neurali artificiali diventano sempre più complesse, aumenta anche l’energia di cui hanno bisogno. Si stima che entro il 2030 consumeranno il 3.5% dell’elettricità globale. Huang Renxun, il fondatore di NVIDIA, ha addirittura suggerito che l’intelligenza artificiale avrà bisogno dell’energia equivalente a bruciare 14 Terre.

Gli scienziati hanno cercato modi per ridurre il consumo energetico dell'intelligenza artificiale e hanno scoperto che il nostro cervello ha già una soluzione già pronta: utilizzare vere cellule cerebrali umane per costruire reti neurali artificiali. Dopotutto, addestrare modelli linguistici come GPT-3 richiede 10 gigawattora di energia, mentre il cervello umano ha bisogno solo di 0.3 kilowattora al giorno per alimentare 86 miliardi di neuroni che lavorano 24 ore su XNUMX.

Ispirandosi a questo, una startup svizzera chiamata FinalSpark ha utilizzato le cellule cerebrali viventi come un sistema informatico, collegandole ai computer e creando un nuovo metodo che combina biologia e tecnologia informatica: la piattaforma informatica biologica Neuroplatform. Questo sistema utilizza molta meno energia rispetto ai tradizionali computer basati su bit.

La piattaforma informatica biologica di FinalSpark collega 16 cluster di cellule cerebrali umane coltivate in laboratorio, noti come organoidi, ciascuno alloggiato in una matrice e interfacciato con sistemi esterni tramite otto elettrodi. Un sistema microfluidico fornisce a questi organoidi acqua e sostanze nutritive per sostenere le loro funzioni biologiche. Questo approccio, noto come calcolo wetware, sfrutta le capacità degli organoidi coltivati ​​in laboratorio, una tecnologia emersa negli ultimi anni che consente agli scienziati di studiare repliche in miniatura di singoli organi.

In parole povere, le cellule neurali vengono collocate in piastre di coltura e coltivate utilizzando un mezzo di crescita dei neuroni, crescendo fino a formare sfere cerebrali (organoidi frontali, FO) con un diametro di 2.5 millimetri. Questi vengono quindi posizionati su una serie multielettrodo (MEA) composta da otto elettrodi, collegati a un sistema di test elettrofisiologici accessibile da remoto. Le interazioni e i controlli sono gestiti tramite un'interfaccia utente personalizzata o script Python.

Ma come si calcola? La chiave sta negli otto elettrodi sotto ciascuna sfera cerebrale. Gli scienziati inducono l'attività dei neuroni all'interno degli organoidi applicando stimoli elettrici di varia intensità e frequenza, ricompensandoli con dopamina, e quindi registrano i segnali elettrici provenienti dai neuroni. Questi segnali vengono trasmessi ai computer per l'analisi e l'elaborazione, in modo simile all'elaborazione dei dati nelle reti neurali artificiali.

La piattaforma informatica biologica di FinalSpark presenta quattro array multi-elettrodo collegati a 16 organoidi cerebrali. A causa della durata di vita limitata di questi organoidi, che può durare fino a 100 giorni in condizioni ottimali, gli scienziati hanno coltivato e sostituito oltre 1,000 organoidi cerebrali negli ultimi tre anni, raccogliendo più di 18 TB di dati.

Naturalmente, FinalSpark non è il primo team a tentare di collegare le sonde ai sistemi biologici. Nel 2023, ricercatori negli Stati Uniti hanno sviluppato un bioprocessore che collega l’hardware del computer con gli organoidi cerebrali e gli ha insegnato a riconoscere i modelli linguistici.

Attualmente, la piattaforma informatica biologica di FinalSpark viene utilizzata principalmente per scopi di ricerca ed è disponibile gratuitamente per gruppi accademici esterni. Quattro progetti hanno già ottenuto risultati significativi utilizzando la piattaforma. Tuttavia, FinalSpark prevede di espandere le capacità della piattaforma per gestire una gamma più ampia di protocolli sperimentali di calcolo wetware, come i test mediante l'iniezione di molecole e farmaci negli organoidi. Ciò implica che le potenziali applicazioni di questa tecnologia si estendono oltre i metodi informatici più efficienti dal punto di vista energetico e potrebbero anche far avanzare la ricerca sugli organoidi.

I biocomputer realizzati con tessuto cerebrale umano mostrano alcune superiorità inerenti alla progettazione naturale, in particolare in termini di efficienza energetica. Questa ricerca non solo sfida la nostra comprensione tradizionale dell’informatica e dell’intelligenza artificiale, ma apre anche nuove possibilità per l’integrazione di biologia e tecnologia. Nonostante le considerazioni etiche (lo studio utilizza linee cellulari consolidate disponibili in commercio, quindi non è richiesta alcuna approvazione etica), i potenziali vantaggi di questa tecnologia bioinformatica in termini di efficienza energetica e capacità computazionale sono innegabili. La ricerca futura rivelerà ulteriori applicazioni di questa tecnologia, che potrebbe svolgere un ruolo significativo nell’affrontare la crisi energetica globale.

Sento che questo tipo di computer potrebbe essere più complesso di quanto sembri. Potrebbe potenzialmente consentire un’integrazione più stretta, se non perfetta, tra il cervello umano e i computer, creando un nuovo tipo di esseri umani bioibridi avanzati, lasciando molto indietro gli esseri umani non modificati. L’evoluzione umana ha raggiunto un bivio critico? Ciò che riserva il futuro è sconosciuto e coloro che lo sanno potrebbero non essere più considerati umani.

Questa ricerca è stata pubblicata il 2 maggio sulla rivista Frontiers in Artificial Intelligence.