Mungkin sukar untuk dibayangkan, tetapi sebuah syarikat Switzerland telah mencipta komputer yang diperbuat daripada sel otak manusia yang hidup, menggunakan neuron otak manusia untuk menghantar, menerima isyarat dan memproses data. Organ seperti otak ini boleh bertahan selama 100 hari dan menggunakan tenaga 1 juta kali lebih rendah daripada pemproses tradisional, yang berpotensi menyelesaikan krisis tenaga yang dibawa oleh letupan model bahasa kecerdasan buatan. Nampaknya rangkaian saraf tiruan masih tidak cekap seperti rangkaian saraf biologi.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan perkembangan pesat teknologi kecerdasan buatan (AI), saintis telah cuba meniru otak manusia dengan membina rangkaian saraf tiruan untuk meningkatkan keupayaan pengkomputeran. Walau bagaimanapun, apabila rangkaian saraf tiruan menjadi semakin kompleks, tenaga yang mereka perlukan juga semakin meningkat. Dianggarkan menjelang 2030, mereka akan menggunakan 3.5% tenaga elektrik global. Huang Renxun, pengasas NVIDIA, malah mencadangkan bahawa AI akan memerlukan tenaga yang setara dengan membakar 14 Bumi.

Para saintis telah mencari cara untuk mengurangkan penggunaan tenaga AI dan mendapati bahawa otak kita sudah mempunyai penyelesaian sedia: menggunakan sel otak manusia sebenar untuk membina rangkaian saraf tiruan. Lagipun, model bahasa latihan seperti GPT-3 memerlukan 10 gigawatt-jam tenaga, manakala otak manusia hanya memerlukan 0.3 kilowatt-jam sehari untuk menggerakkan 86 bilion neuron yang bekerja 24 jam.

Diilhamkan oleh ini, sebuah syarikat permulaan Switzerland bernama FinalSpark menggunakan sel otak hidup sebagai tatasusunan pengkomputeran, menghubungkannya ke komputer dan mencipta kaedah baharu yang menggabungkan teknologi biologi dan pengkomputeran: platform komputer biologi sistem Neuroplatform. Sistem ini menggunakan tenaga yang jauh lebih sedikit daripada komputer berasaskan bit tradisional.

Platform komputer biologi FinalSpark menghubungkan 16 gugusan sel otak manusia yang ditanam di makmal, yang dikenali sebagai organoid, setiap satu ditempatkan dalam tatasusunan dan bersambung dengan sistem luaran melalui lapan elektrod. Sistem mikrobendalir membekalkan organoid ini dengan air dan nutrien untuk mengekalkan fungsi biologinya. Pendekatan ini, yang dikenali sebagai pengkomputeran wetware, memanfaatkan keupayaan organoid yang ditanam di makmal—sebuah teknologi yang muncul dalam beberapa tahun kebelakangan ini membolehkan saintis mengkaji replika kecil organ individu.

Ringkasnya, sel saraf diletakkan dalam hidangan kultur dan dipupuk menggunakan medium pertumbuhan neuron, berkembang menjadi bebola otak (organoid hadapan, FO) dengan diameter 2.5 milimeter. Ini kemudiannya diletakkan pada tatasusunan berbilang elektrod (MEA) yang terdiri daripada lapan elektrod, yang disambungkan kepada sistem ujian elektrofisiologi yang boleh diakses dari jauh. Interaksi dan kawalan diuruskan melalui antara muka pengguna tersuai atau skrip Python.

Tetapi bagaimana ia mengira? Kuncinya terletak pada lapan elektrod di bawah setiap bola otak. Para saintis mendorong aktiviti neuron dalam organoid dengan menggunakan rangsangan elektrik dengan intensiti dan kekerapan yang berbeza-beza, memberi ganjaran dengan dopamin, dan kemudian merekodkan isyarat elektrik daripada neuron. Isyarat ini dihantar ke komputer untuk analisis dan pemprosesan, sama seperti pemprosesan data dalam rangkaian saraf tiruan.

Platform komputer biologi FinalSpark menampilkan empat tatasusunan berbilang elektrod yang disambungkan kepada 16 organoid otak. Disebabkan jangka hayat organoid ini terhad, yang boleh bertahan sehingga 100 hari dalam keadaan optimum, saintis telah membudayakan dan menggantikan lebih 1,000 organoid otak sepanjang tiga tahun lalu, mengumpul lebih daripada 18TB data.

Sudah tentu, FinalSpark bukanlah pasukan pertama yang cuba menyambungkan probe ke sistem biologi. Pada tahun 2023, penyelidik di Amerika Syarikat membangunkan biopemproses yang menghubungkan perkakasan komputer dengan organoid otak dan mengajarnya mengenali corak pertuturan.

Pada masa ini, platform komputer biologi FinalSpark digunakan terutamanya untuk tujuan penyelidikan dan tersedia secara percuma kepada kumpulan akademik luar. Empat projek telah mencapai hasil yang ketara menggunakan platform tersebut. Walau bagaimanapun, FinalSpark merancang untuk mengembangkan keupayaan platform untuk mengendalikan rangkaian protokol eksperimen pengkomputeran perisian basah yang lebih luas, seperti ujian dengan menyuntik molekul dan ubat ke dalam organoid. Ini menunjukkan bahawa potensi aplikasi teknologi ini melangkaui kaedah pengkomputeran yang lebih cekap tenaga dan juga boleh memajukan penyelidikan organoid.

Biokomputer yang diperbuat daripada tisu otak manusia mempamerkan kelebihan tertentu yang wujud dalam reka bentuk semula jadi, terutamanya dari segi kecekapan tenaga. Penyelidikan ini bukan sahaja mencabar pemahaman tradisional kami tentang pengkomputeran dan kecerdasan buatan tetapi juga membuka kemungkinan baharu untuk penyepaduan biologi dan teknologi. Walaupun pertimbangan etika (kajian menggunakan talian sel yang telah tersedia secara komersial, oleh itu tiada kelulusan etika diperlukan), potensi kelebihan teknologi biokomputer ini dalam kecekapan tenaga dan kapasiti pengiraan tidak dapat dinafikan. Penyelidikan masa depan akan mendedahkan lebih banyak aplikasi teknologi ini, yang mungkin memainkan peranan penting dalam menangani krisis tenaga global.

Saya merasakan bahawa komputer jenis ini mungkin lebih kompleks daripada yang kelihatan. Ia berpotensi membolehkan integrasi yang lebih rapat, jika tidak lancar, antara otak manusia dan komputer, mewujudkan jenis manusia biohibrid maju baharu, meninggalkan manusia yang tidak diubah suai jauh di belakang. Adakah evolusi manusia telah mencapai persimpangan yang kritikal? Apa yang ada pada masa depan tidak diketahui, dan mereka yang tahu mungkin tidak lagi dianggap manusia.

Penyelidikan ini diterbitkan pada 2 Mei dalam jurnal Frontiers in Artificial Intelligence.