Hartung/cellen
© Will Kirk/ Jesse Plotkin/Johns Hopkins UniversityThomas Hartung met hersenorganoïden
Uitvergroot beeld van een hersenorganoïde afkomstig uit Hartungs lab
Neuronen magenta • Celkernen blauw • Ondersteunende cellen rood/groen
Een "biocomputer" die draait op menselijke hersencellen zou nog tijdens onze levensduur kunnen worden ontwikkeld, volgens onderzoekers van de Johns Hopkins University die verwachten dat een dergelijke technologie de mogelijkheden van moderne computers exponentieel zal uitbreiden en nieuwe studiegebieden zal scheppen.

Het team schetst vandaag hun plan voor "organoïde intelligentie" in het tijdschrift Frontiers in Science.

Thomas Hartung, een professor in milieugezondheidswetenschappen aan de Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health en Whiting School of Engineering, die de leiding heeft over het werk, zegt:
"Computers en kunstmatige intelligentie hebben de technologische revolutie aangedreven, maar ze bereiken een plafond. Biocomputertechniek behelst een enorme inspanning om computerkracht compacter te maken en de efficiëntie ervan te verhogen om onze huidige technologische grenzen te overschrijden.
Wetenschappers gebruiken al bijna twintig jaar lang kleine organoïden, in het laboratorium gekweekt weefsel dat lijkt op volgroeide organen, om te experimenteren met nieren, longen en andere organen zonder hun toevlucht te nemen tot menselijke of dierlijke proeven. Meer recentelijk werken Hartung en collega's van Johns Hopkins met hersenorganoïden, bolletjes ter grootte van de stip van een pen die neuronen en andere kenmerken bevatten die basisfuncties als leren en onthouden in stand houden.
"Dit biedt mogelijkheden voor onderzoek naar de werking van het menselijk brein. Want je kunt het systeem gaan manipuleren, dingen doen die je ethisch gezien niet kunt doen met menselijke hersenen."
Hartung begon in 2012 met het kweken en assembleren van hersencellen tot functionele organoïden met behulp van cellen uit menselijke huidmonsters, die werden geherprogrammeerd in een embryonale stamcelachtige toestand. Elke organoïde bevat zo'n 50.000 cellen, ongeveer zo groot als het zenuwstelsel van een fruitvlieg. Hij overweegt nu met dergelijke hersenorganoïden een futuristische computer te bouwen.

Computers die op deze "biologische hardware" draaien, zouden in de komende tien jaar het energieverbruik van supercomputers, dat steeds meer onhoudbaar wordt, kunnen verminderen, aldus Hartung. Hoewel computers berekeningen met getallen en gegevens sneller verwerken dan mensen, zijn hersenen veel slimmer in het nemen van complexe logische beslissingen zoals het onderscheiden van een hond en een kat.

Hartung vervolgde:
"De hersenen zijn nog steeds niet geëvenaard door moderne computers. Frontier, de nieuwste supercomputer in Kentucky, is een installatie van 600 miljoen dollar en 6.800 vierkante meter. Vorig jaar juni overtrof hij voor het eerst de rekencapaciteit van één enkel menselijk brein - maar met een miljoen keer meer energie."
Het kan tientallen jaren duren voordat organoïde intelligentie een systeem zo slim als een muis kan aandrijven, aldus Hartung. Maar door de productie van hersenorganoïden op te schalen en ze te trainen met kunstmatige intelligentie, voorziet hij een toekomst waarin biocomputers superieure rekensnelheid, verwerkingskracht, gegevensefficiëntie en opslagmogelijkheden ondersteunen.
"Het zal tientallen jaren duren voordat we het doel bereiken van iets dat vergelijkbaar is met elk type computer. Maar als we niet beginnen met het creëren van financieringsprogramma's hiervoor, zal het een stuk moeilijker worden."
Organoïde intelligentie zou ook een revolutie teweeg kunnen brengen in het onderzoek naar geneesmiddelen voor neurologische ontwikkelingsstoornissen en neurodegeneratie, zei Lena Smirnova, een assistent-professor milieugezondheid en techniek aan Johns Hopkins die de onderzoeken mede leidt.
"We willen hersenorganoïden van normaal ontwikkelde donoren vergelijken met hersenorganoïden van donoren met autisme. De instrumenten die we ontwikkelen voor biologische computertechnieken zijn dezelfde instrumenten waarmee we veranderingen in neuronale netwerken kunnen begrijpen die specifiek zijn voor autisme, zonder dat we dieren hoeven te gebruiken of toegang moeten krijgen tot patiënten, zodat we de onderliggende mechanismen kunnen begrijpen waarom patiënten deze cognitieve problemen en stoornissen hebben."
Om de ethische implicaties van het werken met organoïde intelligentie te beoordelen, werd een gevarieerd consortium van wetenschappers, bio-ethici en gewone mensen in het team opgenomen.

Zie: https://hub.jhu.edu/2023/02/28/organoid-intelligence-biocomputers/