دانشمندان مغزهای کوچک انسانی را برای به‌کارگیری در کامپیوترها پرورش می‌دهند
دانشمندان در حال ساخت مغزهای کوچک انسانی هستند تا به‌عنوان کامپیوترهای زنده عمل کنند؛ فناوری‌ای که می‌تواند مصرف انرژی و تحقیقات پزشکی را متحول کند.
تحریریه حرف مرد: در حالی که ایده ایجاد کامپیوترهای زنده ممکن است بیشتر به داستان‌های علمی-تخیلی شبیه باشد، گروه کوچکی از محققان در حال پیشرفت واقعی در این زمینه هستند. آنها تلاش می‌کنند کامپیوترهایی بسازند که از سلول‌های زنده تشکیل شده و بتوانند برخی از ویژگی‌های یادگیری هوش مصنوعی را تقلید کنند. این تکنولوژی می‌تواند با مصرف انرژی بسیار کمتر نسبت به روش‌های کنونی، آینده مراکز داده را متحول کند.
ورود به دنیای عجیب بیوکامپیوترها
یکی از پیشگامان این حوزه، گروهی از دانشمندان در سوئیس هستند که زو کلینمن به دیدار آنها رفته است. دکتر فرد جردن، هم‌بنیان‌گذار آزمایشگاه FinalSpark، می‌گوید:
«روزی روزگاری ممکن است مراکز داده‌ای داشته باشیم که پر از سرورهای “زنده” باشند، سرورهایی که بخشی از نحوه یادگیری هوش مصنوعی را تقلید می‌کنند و بخش کوچکی از انرژی روش‌های فعلی را مصرف می‌کنند.»
ما همگی با مفاهیم سخت‌افزار و نرم‌افزار در کامپیوترهای امروزی آشنا هستیم، اما اصطلاح کمی عجیب «ویتوِر» یا Wetware که دکتر جردن و دیگران در این حوزه به کار می‌برند، اشاره به استفاده از سلول‌های زنده برای ایجاد یک سیستم کامپیوتری دارد.
همچنین بخوانید: بهره‌وری بیشتر با برنامه‌ریزی بر اساس ریتم‌های مغزی؛ راز بهبود عملکرد ذهنی
فرآیند ساخت مغزهای کوچک
در ساده‌ترین شکل، این فرآیند شامل ساخت نورون‌ها (سلول‌های عصبی) است که به خوشه‌هایی به نام Organoid تبدیل می‌شوند. این ارگانوئیدها سپس به الکترودها متصل می‌شوند و فرآیند استفاده از آنها به‌عنوان «مینی‌کامپیوتر» آغاز می‌شود.
فرآیند سه‌مرحله‌ای تبدیل سلول‌های پوستی انسان به مغزهای کوچک:
سلول‌های پوستی انسان به سلول‌های بنیادی تبدیل می‌شوند.
سلول‌های بنیادی در شرایط آزمایشگاهی کشت داده می‌شوند تا خوشه‌های نورونی یا ارگانوئیدها تشکیل شود.
پس از چند ماه، ارگانوئیدها به الکترودها متصل می‌شوند و آماده آزمایش می‌شوند.
دکتر جردن اذعان می‌کند که مفهوم بیوکامپیوتر برای بسیاری از افراد عجیب است:
«در داستان‌های علمی‌تخیلی مردم مدت‌ها با این ایده‌ها زندگی کرده‌اند. وقتی می‌گویید ‘می‌خواهم از یک نورون مثل یک ماشین کوچک استفاده کنم’، دید متفاوتی نسبت به مغز خود پیدا می‌کنید و این باعث می‌شود ذات خودمان را زیر سؤال ببریم.»
آزمایش عملکرد مغزهای کوچک
در آزمایشگاه، دکتر فلورا بروزی، زیست‌شناس سلولی FinalSpark، بشقابی شامل چندین کره سفید کوچک به نویسنده نشان داد. هر کره در واقع یک مغز کوچک آزمایشگاهی است که از سلول‌های بنیادی کشت شده و به خوشه‌های نورونی و سلول‌های پشتیبان تبدیل شده‌اند. این ارگانوئیدها هرچند به پیچیدگی مغز انسان نزدیک نیستند، اما از همان بلوک‌های سازنده استفاده می‌کنند.
پس از طی کردن یک فرآیند چند ماهه، ارگانوئیدها آماده اتصال به الکترود و پاسخ به دستورات ساده صفحه‌کلید می‌شوند. این آزمایش امکان ارسال و دریافت سیگنال‌های الکتریکی و ثبت نتایج روی یک کامپیوتر عادی را فراهم می‌کند.
مثال ساده‌ای از آزمایش: شما یک کلید را فشار می‌دهید و سیگنال الکتریکی از طریق الکترودها منتقل می‌شود. در صورت موفقیت، می‌توان جهش جزئی فعالیت نورونی را روی صفحه نمایش مشاهده کرد که شبیه EEG (نوار مغزی) است.
دکتر جردن توضیح می‌دهد که هنوز چیزهای زیادی درباره رفتار ارگانوئیدها و چرایی برخی واکنش‌ها نمی‌دانند. تحریکات الکتریکی نخستین گام برای آموزش نورون‌های بیوکامپیوتر است تا بتوانند در آینده یاد بگیرند و وظایفی را انجام دهند.
چالش حفظ زندگی بیوکامپیوترها
نگه‌داشتن یک کامپیوتر معمولی ساده است، زیرا فقط به منبع تغذیه نیاز دارد. اما بیوکامپیوترها چطور؟ هنوز پاسخ قطعی وجود ندارد.
پروفسور سایمون شولتز از کالج امپریال لندن می‌گوید:
«ارگانوئیدها عروق خونی ندارند. مغز انسان عروق خونی دارد که مواد مغذی را در سطوح مختلف فراهم می‌کند تا عملکرد مغز حفظ شود. هنوز نمی‌دانیم چگونه این شرایط را به‌درستی ایجاد کنیم.»
از آنجایی که این سیستم‌ها از مواد زنده تشکیل شده‌اند، می‌توان گفت وقتی یک بیوکامپیوتر می‌میرد، واقعاً «می‌میرد». آزمایشگاه FinalSpark موفق شده است عمر ارگانوئیدها را تا چهار ماه افزایش دهد، اما مرگ آنها گاهی با فعالیت شدید نورون‌ها همراه است، مشابه آنچه در انسان‌ها در لحظات پایانی زندگی دیده می‌شود.
کاربردهای واقعی
FinalSpark تنها تیم فعال در این حوزه نیست. شرکت استرالیایی Cortical Labs در سال ۲۰۲۲ موفق شد نورون‌های مصنوعی را وادار کند تا بازی قدیمی Pong را انجام دهند. در ایالات متحده، محققان دانشگاه جانز هاپکینز نیز «مغزهای کوچک» می‌سازند تا فرآیند پردازش اطلاعات را مطالعه کنند و این تحقیقات در زمینه داروسازی برای بیماری‌هایی مثل آلزایمر و اوتیسم کاربرد دارد.
دکتر لنا اسمیرفووا، رهبر تحقیق در دانشگاه جانز هاپکینز، می‌گوید:
«بیوکامپیوترها علمی جذاب هستند اما هنوز در مراحل ابتدایی‌اند. احتمال جایگزینی کامل با تراشه‌های سیلیکونی وجود ندارد. بیوکامپیوتر باید مکمل هوش مصنوعی مبتنی بر سیلیکون باشد، در حالی که مدل‌سازی بیماری و کاهش استفاده از حیوانات را نیز ممکن می‌کند.»
پروفسور شولتز هم اضافه می‌کند: «آنها شاید نتوانند در همه زمینه‌ها با سیلیکون رقابت کنند، اما یک جایگاه ویژه پیدا خواهند کرد.»
جمع‌بندی
بیوکامپیوترها با الهام از داستان‌های علمی‌تخیلی، در حال نزدیک شدن به کاربردهای واقعی هستند. هرچند هنوز محدودیت‌ها و چالش‌های بزرگی دارند، اما پتانسیل ایجاد سیستم‌هایی کم‌مصرف و انعطاف‌پذیر و همچنین کمک به تحقیقات پزشکی و مدل‌سازی بیماری‌ها را دارند. برای دکتر جردن، این فناوری فرصتی است تا نه‌تنها داستان‌های علمی‌تخیلی را زندگی کند، بلکه بخشی از این داستان‌ها باشد.
منبع: BBC
