Computer, die von menschlichen Gehirnzellen angetrieben werden. Es mag wie ein Science-Fiction-Szenario klingen, aber ein Forscherteam in den USA glaubt, dass solche Maschinen, die Teil einer organähnlichen Intelligenz sind, die Zukunft gestalten könnten – und jetzt haben sie einen Plan, um dorthin zu gelangen.
Organoide sind im Labor gezüchtete Gewebe, die wie Organe aussehen. Diese dreidimensionalen Strukturen, die normalerweise aus Stammzellen gewonnen werden, werden seit fast zwei Jahrzehnten in Laboratorien verwendet, in denen Wissenschaftler schädliche Versuche an Menschen oder Tieren vermeiden wollen, indem sie mit Ersatznieren, Lungen und anderen Organen experimentieren.
Gehirn- Organoide sehen eigentlich nicht wie Miniaturversionen des menschlichen Gehirns aus, aber die punktgroßen Zellkulturen enthalten Neuronen, die zu Gehirnfunktionen fähig sind und eine Vielzahl von Verbindungen bilden.
Wissenschaftler nennen das Phänomen Intelligenz auf einem Teller.
Dr. Thomas Hartung, Professor an der Johns Hopkins University in Baltimore, begann 2012 mit der Entwicklung eines organoiden Gehirns, indem er menschliche Hautproben modifizierte.
Er und seine Kollegen stellen sich vor, die Kraft von Gehirnorganoiden zu einer Art biologischem Material zu kombinieren, das energieeffizienter als Supercomputer ist. Diese Biocomputer werden Netzwerke von Gehirn-Organoiden verwenden, um möglicherweise Arzneimitteltests für Krankheiten wie Alzheimer zu revolutionieren, Einblicke in das menschliche Gehirn zu gewähren und die Zukunft des Computers zu verändern.
Die Forschung, die den Bauplan für organoide Intelligenz von Hartung und seinen Kollegen beschreibt, wurde in der Zeitschrift Frontiers in Science veröffentlicht, berichtet CNN.
“Computing und künstliche Intelligenz haben die technologische Revolution angeführt, aber sie sind an ihre Grenzen gestoßen“, sagte Hartung, Hauptautor der Studie. “Biocomputing ist ein massiver Versuch, die Rechenleistung zu quetschen und ihre Effizienz zu steigern, um die aktuellen technologischen Grenzen zu überschreiten.”
Während künstliche Intelligenz von menschlichen Denkprozessen inspiriert ist, kann die Technologie nicht alle Fähigkeiten des menschlichen Gehirns vollständig replizieren.
Der Turing-Test, auch als Imitationsspiel bekannt, wurde in den 1950er Jahren vom britischen Mathematiker und Informatiker Alan Turing entwickelt, um zu beurteilen, wie Maschinen menschenähnliches intelligentes Verhalten zeigen.
Ein Supercomputer kann riesige Zahlenmengen schneller verarbeiten als ein Mensch. Beispielsweise wurde AlphaGo (die KI, die 2017 die Nummer 1 der Go-Spieler der Welt besiegte) mit Daten aus 160.000 Spielen trainiert“, sagte Hartung. “Ein Mann müsste mehr als 175 Jahre lang fünf Stunden am Tag spielen, um dieses Niveau zu erreichen.”
Andererseits ist ein menschliches Gehirn energieeffizienter und kann besser lernen und komplexe logische Entscheidungen treffen. Etwas so Grundlegendes wie die Fähigkeit, ein Tier von einem anderen zu unterscheiden, ist eine Aufgabe, die das menschliche Gehirn leicht erledigt, während ein Computer dies nicht kann.
Frontier, ein 600-Millionen-Dollar- Supercomputer im Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, wiegt 3.629 Kilogramm (8.000 Pfund), wobei jeder Schreibtisch so viel wiegt wie zwei normale Lastwagen. Die Maschine übertraf die Rechenleistung eines einzelnen menschlichen Gehirns – verbrauchte aber eine Million Mal mehr Energie, sagte Hartung.
„Das Gehirn ist für moderne Computer immer noch unschlagbar“, sagt Hartung.
„Gehirne haben auch eine erstaunliche Kapazität zum Speichern von Informationen, die auf 2.500 Terabyte geschätzt wird“, fügt er hinzu. “Wir stoßen an die physikalischen Grenzen des Silizium- Computing, weil wir nicht mehr Transistoren auf einem winzigen Chip unterbringen können.”
Die Stammzellpioniere John Gordon und Shinia Yamanaka erhielten 2012 den Nobelpreis für die Entwicklung einer Technik, mit der Zellen aus voll entwickelten Geweben wie der Haut erzeugt werden können.
Bahnbrechende Forschung ermöglicht es Wissenschaftlern wie Hartung, Gehirnorganoide zu entwickeln, die verwendet werden, um lebende Gehirne nachzuahmen, und um Medikamente zu testen und zu identifizieren, die Risiken für die Gesundheit des Gehirns darstellen können.
Die Gehirn-Organoide, die derzeit von Hartung verwendet werden, müssen für organoide Intelligenz aufgerüstet werden. Jedes Organell hat ungefähr die Anzahl an Zellen, die man im Nervensystem einer Fruchtfliege finden würde. Ein einzelnes Organell ist etwa ein bis drei Millionstel so groß wie ein menschliches Gehirn, was einem Speicherplatz von etwa 800 Megabyte entspricht .
„Sie sind sehr klein und enthalten jeweils etwa 50.000 Zellen. Für das Organoid müssen wir diese Zahl auf 10 Millionen erhöhen“, sagt er.
Forscher brauchen auch Möglichkeiten, mit den Organoiden zu kommunizieren, um ihnen Informationen zu senden und Messwerte darüber zu erhalten, was die Organoide denken. Die Studienautoren entwickelten ein Design, das Werkzeuge aus dem industriellen und maschinellen Lernen sowie neue Innovationen umfasst. Das Zulassen verschiedener Arten von Ein- und Ausgängen für Organellennetzwerke würde komplexere Aufgaben ermöglichen, schreiben die Forscher in der Studie.
Hartung hofft, dass es eines Tages einen Kommunikationskanal zwischen KI und KI geben wird, der es den beiden ermöglicht , die Fähigkeiten des anderen zu erkunden.
Der wichtigste Beitrag der organoiden Intelligenz könnte auf dem Gebiet der Medizin gesehen werden, sagen die Forscher, da Hautproben von Patienten mit neurologischen Störungen erstellt werden könnten, was es Wissenschaftlern ermöglicht, zu testen, wie verschiedene Medikamente und andere Faktoren sie beeinflussen könnten.
„Mit organoider Intelligenz könnten wir auch die kognitiven Aspekte neurologischer Erkrankungen untersuchen “, sagte Hartung und erläuterte: „Wir könnten beispielsweise die Gedächtnisbildung in Organoiden von Gesunden und von Alzheimer-Patienten vergleichen und versuchen, die entsprechenden Defizite wiederherzustellen. Wir könnten mit organoider Intelligenz auch untersuchen, ob bestimmte Substanzen wie Pestizide Gedächtnis- oder Lernprobleme verursachen.”
Gehirn-Organoide könnten auch einen neuen Weg zum Verständnis der menschlichen Intelligenz eröffnen.
„Wir wollen Gehirnorganoide von Spendern mit normaler Entwicklung mit Gehirnorganoiden von Spendern mit Autismus vergleichen“, sagte die Co-Autorin und Mitforscherin der Studie, Lena Smirnova, eine Johns Hopkins-Assistenzprofessorin für Umweltgesundheit und -technik.
„Die Werkzeuge, die wir in Richtung Bioinformatik entwickeln, sind die gleichen Werkzeuge, die es uns ermöglichen, Veränderungen in neuronalen Netzwerken zu verstehen, die für Autismus spezifisch sind, ohne Tiere verwenden zu müssen oder Zugang zu Patienten zu haben, damit wir verstehen können, warum Patienten diese kognitiven Probleme und Störungen haben”.
Die Verwendung von Gehirnorganoiden zur Schaffung von organoider Intelligenz befindet sich noch in einem sehr frühen Stadium. Sie zu entwickeln, vergleichbar mit einem Computer mit der Gehirnleistung einer Maus, könnte Jahrzehnte dauern, sagt Hartung.
Aber es gibt bereits vielversprechende Ergebnisse, die zeigen, was möglich ist. Studien-Co-Autor Dr. Brett Kagan, Chief Scientific Officer bei Cortical Labs in Melbourne, Australien, und sein Team haben kürzlich gezeigt, dass Gehirnzellen lernen können, das Videospiel Pong zu spielen.
Die Herstellung von Organoiden des menschlichen Gehirns, die zu kognitiven Funktionen fähig sind, wirft eine Reihe ethischer Bedenken auf, z.B. ob sie ein Bewusstsein entwickeln oder Schmerzen empfinden können und ob diejenigen, deren Zellen verwendet wurden, um sie zu konstruieren, irgendwelche Rechte an den Organoiden haben.
„Ein wesentlicher Teil unserer Vision ist es, KI auf ethische und sozial verantwortliche Weise zu entwickeln“, sagt Hartung. “Deshalb haben wir von Anfang an mit Ethikern zusammengearbeitet.”
Die Verfolgung der Entwicklung von künstlicher Intelligenz wie ChatGPT hat einige dazu veranlasst, sich zu fragen, wie nah Computer daran sind, den Turing-Test zu bestehen, schreibt Gary Miller, Professor für Umweltgesundheitswissenschaften an der New Yorker Columbia University, in einem separaten Viewpoint-Artikel, der am Dienstag veröffentlicht wurde. Miller war an der Johns-Hopkins-Studie nicht beteiligt.
Während ChatGPT online effektiv Informationen sammeln kann, kann es nicht wie ein kultiviertes Zellsystem auf eine Temperaturänderung reagieren. Die Organellensysteme des Gehirns könnten grundlegende Aspekte von Intelligenz und Empfindung aufweisen, schreibt Miller.
Dies erfordert eine solide Untersuchung der ethischen Implikationen der Technologie, die Ethiker einbeziehen muss.