อาจเป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการ แต่บริษัทในสวิสแห่งหนึ่งได้ประดิษฐ์คอมพิวเตอร์ที่ทำจากเซลล์สมองของมนุษย์ที่มีชีวิต โดยใช้เซลล์ประสาทสมองของมนุษย์ในการส่ง รับสัญญาณ และประมวลผลข้อมูล อวัยวะคล้ายสมองเหล่านี้สามารถอยู่รอดได้ 100 วัน และใช้พลังงานน้อยกว่าโปรเซสเซอร์แบบเดิมถึง 1 ล้านเท่า ซึ่งอาจช่วยแก้ไขวิกฤติพลังงานที่เกิดจากการระเบิดของแบบจำลองภาษาปัญญาประดิษฐ์ ดูเหมือนว่าโครงข่ายประสาทเทียมยังไม่มีประสิทธิภาพเท่ากับโครงข่ายประสาทเทียมทางชีววิทยา

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (AI) นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามเลียนแบบสมองมนุษย์โดยการสร้างโครงข่ายประสาทเทียมเพื่อเพิ่มขีดความสามารถด้านคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโครงข่ายประสาทเทียมมีความซับซ้อนมากขึ้น พลังงานที่พวกเขาต้องการก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน คาดว่าภายในปี 2030 พวกเขาจะใช้พลังงานไฟฟ้า 3.5% ของโลก Huang Renxun ผู้ก่อตั้ง NVIDIA ยังแนะนำว่า AI จะต้องใช้พลังงานเทียบเท่ากับการเผาโลก 14 ใบ

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาวิธีลดการใช้พลังงานของ AI และพบว่าสมองของเรามีวิธีแก้ปัญหาสำเร็จรูปอยู่แล้ว นั่นคือการใช้เซลล์สมองของมนุษย์จริงๆ เพื่อสร้างโครงข่ายประสาทเทียม ท้ายที่สุดแล้ว โมเดลภาษาสำหรับการฝึกอย่าง GPT-3 ต้องใช้พลังงาน 10 กิกะวัตต์-ชั่วโมง ในขณะที่สมองของมนุษย์ต้องการเพียง 0.3 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อวันเพื่อขับเคลื่อนเซลล์ประสาท 86 พันล้านเซลล์ที่ทำงานตลอด 24 ชั่วโมง

ด้วยแรงบันดาลใจจากสิ่งนี้ บริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติสวิสที่ชื่อว่า FinalSpark ใช้เซลล์สมองที่มีชีวิตเป็นอาร์เรย์คอมพิวเตอร์ เชื่อมต่อเซลล์เหล่านั้นเข้ากับคอมพิวเตอร์ และสร้างวิธีการใหม่ที่ผสมผสานชีววิทยาและเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ นั่นคือระบบ Neuroplatform ของแพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์ชีวภาพ ระบบนี้ใช้พลังงานน้อยกว่าคอมพิวเตอร์แบบบิตทั่วไปมาก

แพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์ชีวภาพของ FinalSpark เชื่อมต่อกลุ่มเซลล์สมองของมนุษย์ในห้องปฏิบัติการ 16 กลุ่มที่เรียกว่าออร์แกนอยด์ ซึ่งแต่ละกลุ่มอยู่ในอาร์เรย์และเชื่อมต่อกับระบบภายนอกผ่านอิเล็กโทรดแปดตัว ระบบไมโครฟลูอิดิกจะจ่ายน้ำและสารอาหารให้กับออร์การอยด์เหล่านี้เพื่อรักษาการทำงานทางชีวภาพของพวกมัน วิธีการนี้เรียกว่าการประมวลผลแบบเปียก โดยใช้ประโยชน์จากความสามารถของออร์การอยด์ที่เพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ถือกำเนิดขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาแบบจำลองขนาดเล็กของอวัยวะแต่ละส่วนได้

พูดง่ายๆ ก็คือ เซลล์ประสาทจะถูกวางไว้ในจานเพาะเลี้ยงและหล่อเลี้ยงโดยใช้สื่อการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาท เติบโตเป็นลูกสมอง (ออร์แกนอยด์ส่วนหน้า, FO) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5 มิลลิเมตร จากนั้นนำไปวางบนแผงอิเล็กโทรดหลายขั้ว (MEA) ที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรด XNUMX อิเล็กโทรด ซึ่งเชื่อมต่อกับระบบทดสอบทางอิเล็กโทรฟิสิกส์วิทยาที่สามารถเข้าถึงได้จากระยะไกล การโต้ตอบและการควบคุมได้รับการจัดการผ่านอินเทอร์เฟซผู้ใช้ที่ปรับแต่งเองหรือสคริปต์ Python

แต่มันคำนวณยังไงล่ะ? กุญแจสำคัญอยู่ที่ขั้วไฟฟ้าทั้งแปดอันใต้ลูกบอลสมองแต่ละลูก นักวิทยาศาสตร์กระตุ้นการทำงานของเซลล์ประสาทภายในออร์การอยด์โดยการใช้สิ่งเร้าทางไฟฟ้าที่มีความเข้มและความถี่ต่างกัน โดยให้รางวัลเป็นโดปามีน จากนั้นจึงบันทึกสัญญาณไฟฟ้าจากเซลล์ประสาท สัญญาณเหล่านี้จะถูกส่งไปยังคอมพิวเตอร์เพื่อการวิเคราะห์และประมวลผล คล้ายกับการประมวลผลข้อมูลในโครงข่ายประสาทเทียม

แพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์ชีวภาพของ FinalSpark มีอาร์เรย์หลายอิเล็กโทรดสี่ตัวที่เชื่อมต่อกับออร์การอยด์ในสมอง 16 ตัว เนื่องจากออร์การอยด์เหล่านี้มีอายุการใช้งานที่จำกัด ซึ่งสามารถคงอยู่ได้นานถึง 100 วันภายใต้สภาวะที่เหมาะสม นักวิทยาศาสตร์ได้เพาะเลี้ยงและแทนที่ออร์การอยด์ในสมองมากกว่า 1,000 ตัวในช่วงสามปีที่ผ่านมา โดยรวบรวมข้อมูลมากกว่า 18TB

แน่นอนว่า FinalSpark ไม่ใช่ทีมแรกที่พยายามเชื่อมต่อโพรบกับระบบชีวภาพ ในปี 2023 นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาโปรเซสเซอร์ชีวภาพที่เชื่อมต่อฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์กับออร์การอยด์ในสมอง และสอนให้จดจำรูปแบบคำพูด

ปัจจุบัน แพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์ชีวภาพของ FinalSpark ใช้เพื่อการวิจัยเป็นหลัก และเปิดให้กลุ่มวิชาการภายนอกใช้งานได้ฟรี สี่โครงการได้รับผลลัพธ์ที่สำคัญโดยใช้แพลตฟอร์มนี้ อย่างไรก็ตาม FinalSpark วางแผนที่จะขยายขีดความสามารถของแพลตฟอร์มเพื่อรองรับโปรโตคอลทดลองการประมวลผลเวตแวร์ที่หลากหลายมากขึ้น เช่น การทดสอบโดยการฉีดโมเลกุลและยาเข้าไปในออร์แกนอยด์ นี่หมายความว่าการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ของเทคโนโลยีนี้ขยายไปไกลกว่าวิธีการคำนวณที่ประหยัดพลังงานมากขึ้นและยังสามารถพัฒนาการวิจัยออร์แกนอยด์ได้อีกด้วย

คอมพิวเตอร์ชีวภาพที่ทำจากเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์มีความเหนือกว่าในการออกแบบโดยธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของประสิทธิภาพการใช้พลังงาน งานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่ท้าทายความเข้าใจแบบดั้งเดิมของเราเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์และปัญญาประดิษฐ์เท่านั้น แต่ยังเปิดโอกาสใหม่ ๆ สำหรับการบูรณาการทางชีววิทยาและเทคโนโลยีอีกด้วย แม้จะมีการพิจารณาด้านจริยธรรม (การศึกษานี้ใช้เซลล์ไลน์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาด ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องได้รับการอนุมัติด้านจริยธรรม) ข้อได้เปรียบที่เป็นไปได้ของเทคโนโลยีไบโอคอมพิวเตอร์ในด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความสามารถในการคำนวณก็ไม่อาจปฏิเสธได้ การวิจัยในอนาคตจะเปิดเผยการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้มากขึ้น ซึ่งอาจมีบทบาทสำคัญในการแก้ไขวิกฤตพลังงานโลก

ฉันรู้สึกว่าคอมพิวเตอร์ประเภทนี้อาจจะซับซ้อนกว่าที่คิด มันอาจทำให้สามารถบูรณาการระหว่างสมองของมนุษย์และคอมพิวเตอร์ได้ใกล้ชิดยิ่งขึ้น (หากไม่ราบรื่น) ทำให้เกิดมนุษย์ไบโอไฮบริดขั้นสูงรูปแบบใหม่ ทิ้งมนุษย์ที่ไม่ได้รับการดัดแปลงไว้เบื้องหลัง วิวัฒนาการของมนุษย์มาถึงทางแยกที่สำคัญหรือไม่? อนาคตจะเป็นอย่างไรนั้นไม่มีใครทราบ และผู้ที่รู้อาจไม่ถือว่าเป็นมนุษย์อีกต่อไป

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 2 พฤษภาคมในวารสาร Frontiers in Artificial Intelligence