Naučna fantastika postaje stvarnost: Računari od živih neurona kao budućnost

Zamislite svijet u kojem računari više ne rade na siliciju, već na živim ćelijama. Naučnici širom svijeta već godinama istražuju kako bi se biološke strukture mogle iskoristiti u tehnologiji, a najdalje je u tome otišla švedska kompanija FinalSpark. Njihovi istraživači razvijaju tzv. organoide mozga – minijaturne nakupine živih neurona – i povezuju ih s računarima. Ovi mini mozgovi mogli bi jednog dana pokretati umjetnu inteligenciju uz znatno manju potrošnju energije od današnjih digitalnih sistema.

Šta su organoidi mozga?

Organoidi mozga nisu mali ljudski mozgovi, nego laboratorijski modeli napravljeni od živih ćelija. Dobijaju se iz matičnih ćelija, koje imaju sposobnost da se razviju u gotovo svaki tip tkiva. Naučnici u laboratoriji reprogramiraju te ćelije i usmjeravaju njihov razvoj tako da postanu moždane ćelije. Kada se ostave u odgovarajućim uslovima, ćelije se same organizuju u trodimenzionalne nakupine – male sfere koje podsjećaju na primitivni mozak.

Uprkos svom nazivu, organoidi ne mogu razmišljati, imati sjećanja ili svijest. Oni ipak imitiraju neka osnovna svojstva pravog mozga: neuroni u njima stvaraju električne impulse i međusobno komuniciraju. Upravo ta sposobnost čini ih zanimljivim za nauku i tehnologiju.

Za razliku od živih organizama, organoidi nemaju krvne sudove koji bi im dovodili hranljive tvari i kisik. Umjesto toga, uzgajaju se u hranljivom mediju – specijalnoj tečnosti koja sadrži šećere, proteine, vitamine i faktore rasta. Ovaj rastvor im omogućava da prežive i razvijaju se. Naučnici redovno mijenjaju medij kako bi organoidi imali dovoljno goriva za funkcionisanje.

Organoidi mogu živjeti mjesecima, a ponekad i duže od godinu, ali vremenom njihov rast usporava jer nemaju vlastiti sistem cirkulacije. Zbog toga su istraživači razvili metode kako bi produžili njihov vijek i učinili ih što funkcionalnijim.

Ovi mali laboratorijski mini mozgovi već imaju široku primjenu. Koriste se za istraživanje razvoja mozga i boljeg razumijevanja kako se formira tokom ranih faza života. Pomažu naučnicima da otkriju mehanizme neuroloških bolesti poput epilepsije, Parkinsonove i Alzheimerove bolesti, a istovremeno omogućavaju testiranje novih lijekova bez potrebe za životinjskim modelima. Uz sve to, njihova najnovija i najuzbudljivija primjena jeste u biokomputingu, gdje se organoidi koriste kao biološki procesori koji mogu komunicirati s elektronikom.

Švicarski start-up FinalSpark je među prvima u svijetu koji je organoide povezao s digitalnim hardverom.

FinalSpark su u gradiću Veveyu 2014. osnovali dr. Fred Jordan i dr. Martin Kutter, s idejom da naprave thinking machine – mašinu koja može zaista razmišljati, a ne samo imitirati ljudsku logiku pomoću statistike.

“Nakon nekoliko godina fundamentalnog istraživanja u oblasti digitalne umjetne inteligencije, osnivači Fred i Martin shvatili su da digitalna AI troši previše energije, što je za mali startup preskupo. Da bi napravili razliku, morali su smisliti nešto potpuno drugačije. Njihov prvi zaposlenik Jean-Marc imao je iskustva s živim neuronima. Zbog toga su Fred i Martin odlučili pokušati izgraditi računar od živih neurona”, objašnjava naučnica dr. Ewelina Kurtys iz FinalSparka.

Naučnici postavljaju organoide na mrežu elektroda spojenih s računarom. Na taj način mogu slati električne impulse neuronima i prikupljati njihove odgovore. “Organoide postavimo na osam elektroda koje su povezane s računarom. Pisanjem Python koda možemo stimulirati neurone i bilježiti njihove reakcije”, objašnjava dr. Kurtys.

Ovo otvara potpuno novu mogućnost – računari koji ne rade samo na silicijskim procesorima nego na živim ćelijama. Prednost? Energetska efikasnost. “Živi neuroni troše milion puta manje energije od silicijskog hardvera”, naglašava dr. Kurtys. U svijetu u kojem treniranje velikih AI modela već troši energije koliko i desetine hiljada domaćinstava, to je ogromna stvar.

FinalSpark je stvorio Neuroplatformu, prvu svjetsku infrastrukturu koja omogućava istraživačima da na daljinu rade eksperimente s neuronima. Umjesto da putuju u laboratoriju u Švicarskoj, univerziteti poput Oxforda ili Michigana mogu se putem interneta povezati s organoidima i slati im signale. Tokom pandemije Covid-19 ova tehnologija je bila posebno korisna, jer su naučnici mogli nastaviti eksperimente čak i iz svojih domova.

Kompanija je razvila i niz alata: programe za precizno slanje stimulacija, analizu električnih signala pa čak i hemijsku stimulaciju organoida pomoću neurotransmitera poput dopamina i serotonina. Time su mini mozgovi postali prvi pravi biološki procesori koji mogu aktivno komunicirati s računarima.

Pogled u budućnost

Vizija FinalSparka je jasna: jednog dana stvoriti bioservere – centralne biokompjutere kojima bi korisnici pristupali kao današnjim cloud servisima. Takvi sistemi mogli bi pokretati generativnu umjetnu inteligenciju i druge modele neuronskih mreža uz znatno manje troškove i minimalnu potrošnju energije.

“Vidimo ovo kao vrlo moćnu alternativu silicijskom hardveru, koja će omogućiti da generativna umjetna inteligencija radi mnogo jeftinije”, kaže dr. Kurtys.

Ova ideja otvara i brojna etička pitanja – od korištenja ljudskih ćelija do toga koliko bi organoidi mogli postati slični pravim mozgovima. Ipak, ako uzmemo u obzir da je medicina već zakoračila u svijet laboratorijski uzgojenih organa, imunoterapija i personalizovanih tretmana, biokompjuteri su možda samo logičan sljedeći korak.

Za sada, organoidi ostaju mali laboratorijski modeli, daleko od prave svijesti ili misli. No, njihova sposobnost da uštede energiju i otvore nova vrata u tehnologiji čini ih jednom od najuzbudljivijih inovacija današnjice.

U laboratorijama FinalSparka, granica između biologije i tehnologije briše se svakim novim eksperimentom. Naučna fantastika postaje stvarnost – impuls po impuls, ćelija po ćelija.