Pode ser difícil de imaginar, mas uma empresa suíça inventou um computador feito a partir de células cerebrais humanas vivas, utilizando neurónios cerebrais humanos para enviar, receber sinais e processar dados. Estes órgãos semelhantes ao cérebro podem sobreviver durante 100 dias e consumir energia 1 milhão de vezes menos do que os processadores tradicionais, resolvendo potencialmente a crise energética provocada pela explosão dos modelos de linguagem de inteligência artificial. Parece que as redes neurais artificiais ainda não são tão eficientes quanto as redes neurais biológicas.

Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da tecnologia de inteligência artificial (IA), os cientistas têm tentado imitar o cérebro humano através da construção de redes neurais artificiais para melhorar as capacidades computacionais. No entanto, à medida que as redes neurais artificiais se tornam cada vez mais complexas, a energia que necessitam também aumenta. Estima-se que até 2030 consumirão 3.5% da eletricidade global. Huang Renxun, o fundador da NVIDIA, chegou a sugerir que a IA precisará de energia equivalente à queima de 14 Terras.

Os cientistas têm procurado formas de reduzir o consumo de energia da IA ​​e descobriram que os nossos cérebros já têm uma solução pronta: utilizar células cerebrais humanas reais para construir redes neurais artificiais. Afinal, treinar modelos de linguagem como o GPT-3 requer 10 gigawatts-hora de energia, enquanto o cérebro humano precisa apenas de 0.3 quilowatts-hora por dia para alimentar 86 bilhões de neurônios trabalhando 24 horas.

Inspirada por isso, uma startup suíça chamada FinalSpark usou células cerebrais vivas como um conjunto de computação, conectando-as a computadores e criando um novo método que combina biologia e tecnologia de computação: a plataforma de computador biológico Neuroplatform system. Este sistema utiliza muito menos energia do que os computadores tradicionais baseados em bits.

A plataforma de computador biológico do FinalSpark conecta 16 aglomerados de células cerebrais humanas cultivadas em laboratório, conhecidos como organoides, cada um alojado em uma matriz e conectado a sistemas externos por meio de oito eletrodos. Um sistema microfluídico fornece a esses organoides água e nutrientes para sustentar suas funções biológicas. Esta abordagem, conhecida como computação wetware, aproveita as capacidades dos organoides cultivados em laboratório – uma tecnologia que surgiu nos últimos anos que permite aos cientistas estudar réplicas em miniatura de órgãos individuais.

Simplificando, as células neurais são colocadas em placas de cultura e cultivadas usando meio de crescimento de neurônios, crescendo em bolas cerebrais (organoides frontais, FO) com um diâmetro de 2.5 milímetros. Estes são então colocados em um conjunto de múltiplos eletrodos (MEA) composto por oito eletrodos, que são conectados a um sistema de testes eletrofisiológicos acessível remotamente. As interações e os controles são gerenciados por meio de uma interface de usuário personalizada ou de scripts Python.

Mas como isso calcula? A chave está nos oito eletrodos abaixo de cada bola cerebral. Os cientistas induzem a atividade dos neurônios dentro dos organoides aplicando estímulos elétricos de intensidade e frequência variadas, recompensando com dopamina e, em seguida, registram os sinais elétricos dos neurônios. Esses sinais são transmitidos aos computadores para análise e processamento, semelhante ao processamento de dados em redes neurais artificiais.

A plataforma de computador biológico do FinalSpark apresenta quatro matrizes de múltiplos eletrodos conectadas a 16 organoides cerebrais. Devido à vida útil limitada desses organoides, que pode durar até 100 dias em condições ideais, os cientistas cultivaram e substituíram mais de 1,000 organoides cerebrais nos últimos três anos, coletando mais de 18 TB de dados.

É claro que o FinalSpark não é a primeira equipe a tentar conectar sondas a sistemas biológicos. Em 2023, pesquisadores nos Estados Unidos desenvolveram um bioprocessador que conecta hardware de computador com organoides cerebrais e o ensinou a reconhecer padrões de fala.

Atualmente, a plataforma de computador biológico do FinalSpark é usada principalmente para fins de pesquisa e está disponível gratuitamente para grupos acadêmicos externos. Quatro projetos já alcançaram resultados significativos utilizando a plataforma. No entanto, o FinalSpark planeja expandir os recursos da plataforma para lidar com uma gama mais ampla de protocolos experimentais de computação wetware, como testes por injeção de moléculas e drogas em organoides. Isto implica que as aplicações potenciais desta tecnologia vão além de métodos de computação mais eficientes em termos energéticos e também podem avançar na investigação de organoides.

Os biocomputadores feitos de tecido cerebral humano apresentam certas superioridades inerentes ao design natural, particularmente em termos de eficiência energética. Esta investigação não só desafia a nossa compreensão tradicional da computação e da inteligência artificial, mas também abre novas possibilidades para a integração da biologia e da tecnologia. Apesar das considerações éticas (o estudo utiliza linhas celulares estabelecidas comercialmente, portanto não é necessária aprovação ética), as vantagens potenciais desta tecnologia de biocomputação em eficiência energética e capacidade computacional são inegáveis. Pesquisas futuras revelarão mais aplicações desta tecnologia, que poderá desempenhar um papel significativo na abordagem da crise energética global.

Sinto que este tipo de computador pode ser mais complexo do que parece. Poderia potencialmente permitir uma integração mais próxima, se não perfeita, entre o cérebro humano e os computadores, criando um novo tipo de humanos biohíbridos avançados, deixando os humanos não modificados para trás. A evolução humana atingiu uma encruzilhada crítica? O que o futuro reserva é desconhecido e aqueles que sabem podem já não ser considerados humanos.

Esta pesquisa foi publicada em 2 de maio na revista Frontiers in Artificial Intelligence.