상상하기 어려울 수도 있지만, 스위스 회사는 인간의 뇌 뉴런을 사용하여 신호를 보내고 받고 데이터를 처리하는 살아있는 인간의 뇌 세포로 만든 컴퓨터를 발명했습니다. 이러한 뇌와 유사한 기관은 100일 동안 생존할 수 있으며 기존 프로세서보다 1만 배 적은 에너지를 소비하여 인공 지능 언어 모델의 폭발적인 증가로 인한 에너지 위기를 잠재적으로 해결할 수 있습니다. 인공 신경망은 아직 생물학적 신경망만큼 효율적이지 않은 것 같습니다.

최근 인공지능(AI) 기술이 급속히 발전하면서 과학자들은 컴퓨팅 능력을 향상시키기 위해 인공신경망을 구축해 인간의 뇌를 모방하려고 노력해왔다. 그러나 인공신경망이 점점 복잡해지면서 필요한 에너지도 늘어나고 있다. 2030년에는 전 세계 전력의 3.5%를 소비할 것으로 추산됩니다. NVIDIA 창립자인 Huang Renxun은 AI가 지구 14개를 태울 만큼의 에너지가 필요하다고 제안하기도 했습니다.

과학자들은 AI의 에너지 소비를 줄이는 방법을 모색해 왔으며 우리 뇌에는 이미 기성 솔루션이 있다는 사실을 발견했습니다. 즉, 실제 인간 뇌 세포를 사용하여 인공 신경망을 구축하는 것입니다. 결국, GPT-3과 같은 언어 모델을 훈련하려면 10기가와트시의 에너지가 필요한 반면, 인간의 두뇌는 0.3시간 동안 작동하는 86억 개의 뉴런에 전력을 공급하는 데 하루에 24kWh만 필요합니다.

이에 영감을 받아 FinalSpark라는 스위스 스타트업 회사는 살아있는 뇌 세포를 컴퓨팅 어레이로 사용하여 컴퓨터에 연결하고 생물학과 컴퓨팅 기술을 결합한 새로운 방법인 생물학적 컴퓨터 플랫폼인 Neuroplatform 시스템을 만들었습니다. 이 시스템은 기존의 비트 기반 컴퓨터보다 훨씬 적은 에너지를 사용합니다.

FinalSpark의 생물학 컴퓨터 플랫폼은 실험실에서 배양한 오가노이드로 알려진 16개의 인간 뇌 세포 클러스터를 연결합니다. 각 클러스터는 어레이에 수용되어 있으며 XNUMX개의 전극을 통해 외부 시스템과 인터페이스됩니다. 미세유체 시스템은 이러한 유기체에 물과 영양분을 공급하여 생물학적 기능을 유지합니다. 습식 컴퓨팅(Wetware Computing)으로 알려진 이 접근 방식은 실험실에서 배양된 오가노이드의 기능을 활용합니다. 이 기술은 최근 몇 년간 과학자들이 개별 장기의 축소 모형을 연구할 수 있게 해주는 기술입니다.

간단히 말하면, 신경세포를 배양 접시에 넣고 신경 성장 배지를 사용하여 배양하여 직경 2.5mm의 뇌구(전두엽 오르가노이드, FO)로 성장합니다. 그런 다음 이를 XNUMX개의 전극으로 구성된 다중 전극 어레이(MEA)에 배치하고 원격으로 접근할 수 있는 전기 생리학적 테스트 시스템에 연결합니다. 상호 작용 및 제어는 맞춤형 사용자 인터페이스 또는 Python 스크립트를 통해 관리됩니다.

그런데 어떻게 계산되나요? 핵심은 각 뇌구 아래에 있는 8개의 전극에 있습니다. 과학자들은 다양한 강도와 빈도의 전기 자극을 가하고 도파민으로 보상하여 오가노이드 내에서 뉴런 활동을 유도한 다음 뉴런의 전기 신호를 기록합니다. 이러한 신호는 인공 신경망의 데이터 처리와 유사하게 분석 및 처리를 위해 컴퓨터로 전송됩니다.

FinalSpark의 생물학적 컴퓨터 플랫폼은 16개의 뇌 유기체에 연결된 100개의 다중 전극 배열을 특징으로 합니다. 최적의 조건에서 최대 1,000일까지 지속될 수 있는 이러한 오가노이드의 수명이 제한되어 있기 때문에 과학자들은 지난 18년 동안 XNUMX개 이상의 뇌 오가노이드를 배양하고 교체하여 XNUMXTB 이상의 데이터를 수집했습니다.

물론 FinalSpark가 프로브를 생물학적 시스템에 연결하려고 시도한 최초의 팀은 아닙니다. 2023년 미국의 연구자들은 컴퓨터 하드웨어와 뇌 유기체를 연결하고 음성 패턴을 인식하도록 가르치는 바이오프로세서를 개발했습니다.

현재 FinalSpark의 생물학적 컴퓨터 플랫폼은 주로 연구 목적으로 사용되며 외부 학술단체에 무료로 제공됩니다. 4개의 프로젝트가 이미 플랫폼을 사용하여 중요한 결과를 달성했습니다. 그러나 FinalSpark는 오가노이드에 분자와 약물을 주입하는 테스트 등 더 광범위한 습식 컴퓨팅 실험 프로토콜을 처리하기 위해 플랫폼의 기능을 확장할 계획입니다. 이는 이 기술의 잠재적인 응용이 보다 에너지 효율적인 컴퓨팅 방법을 넘어 확장되고 오가노이드 연구를 발전시킬 수 있음을 의미합니다.

인간의 뇌 조직으로 만든 바이오컴퓨터는 특히 에너지 효율성 측면에서 자연적 디자인에 내재된 특정 우월성을 나타냅니다. 이 연구는 컴퓨팅과 인공 지능에 대한 우리의 전통적인 이해에 도전할 뿐만 아니라 생물학과 기술의 통합을 위한 새로운 가능성을 열어줍니다. 윤리적 고려에도 불구하고(이 연구는 상업적으로 이용 가능한 확립된 세포주를 사용하므로 윤리적 승인이 필요하지 않음), 에너지 효율성과 계산 능력 면에서 이 바이오컴퓨터 기술의 잠재적 이점은 부인할 수 없습니다. 향후 연구에서는 이 기술의 더 많은 응용이 밝혀질 것이며, 이는 글로벌 에너지 위기를 해결하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

나는 이런 유형의 컴퓨터가 보기보다 더 복잡할 수도 있다고 생각합니다. 이는 잠재적으로 인간의 두뇌와 컴퓨터 사이의 더 긴밀한 통합을 가능하게 하여 수정되지 않은 인간을 훨씬 뒤처지게 하는 새로운 유형의 고급 바이오 하이브리드 인간을 생성할 수 있습니다. 인류 진화는 중대한 갈림길에 이르렀는가? 미래가 어떻게 될지는 알 수 없으며, 아는 사람은 더 이상 인간으로 간주되지 않을 수 있습니다.

이번 연구는 인공지능 분야 프론티어(Frontiers in Artificial Intelligence) 저널에 2월 XNUMX일 게재됐다.