هوش ارگانوئیدی چیست؟ وقتی سلول‌های مغز انسان وارد دنیای محاسبات می‌شوند

در حالی که بیشتر رایانه‌ها و سامانه‌های هوش مصنوعی امروزی بر تراشه‌های سیلیکونی متکی هستند، گروهی از دانشمندان در حال بررسی رویکردی کاملاً متفاوت هستند: استفاده از سلول‌های مغزی انسان که در آزمایشگاه رشد داده شده‌اند برای انجام پردازش‌های محاسباتی.

این حوزه نوظهور که «هوش ارگانوئیدی» یا Organoid Intelligence (OI) نام دارد، یکی از شاخه‌های جدید محاسبات زیستی به شمار می‌رود.

هوش ارگانوئیدی به پژوهش‌هایی گفته می‌شود که در آن دانشمندان از ارگانوئیدهای مغزی، یعنی ساختارهای سه‌بعدی کوچکی از سلول‌های عصبی که از سلول‌های بنیادی انسان ساخته می‌شوند، برای مطالعه یادگیری، حافظه و پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند.

این ساختارها یک مغز کامل و کوچک‌شده نیستند و نباید آنها را با یک «مغز مصنوعی» اشتباه گرفت. ارگانوئیدها مجموعه‌هایی از سلول‌های عصبی هستند که برخی ویژگی‌های سازمان‌یافتگی و فعالیت الکتریکی بافت مغز را نشان می‌دهند. پژوهشگران تلاش می‌کنند با اتصال این بافت‌های زنده به الکترودها و سامانه‌های رایانه‌ای، ورودی‌ها و خروجی‌های عصبی آنها را ثبت و تحلیل کنند.

یکی از دلایل اصلی، بهره‌وری انرژی مغز است. مغز انسان با مصرف انرژی نسبتاً پایین قادر به انجام پردازش‌های بسیار پیچیده است، در حالی که آموزش و اجرای سامانه‌های هوش مصنوعی بزرگ می‌تواند به زیرساخت‌های محاسباتی و انرژی قابل توجهی نیاز داشته باشد.

پژوهشگران حوزه هوش ارگانوئیدی معتقدند اگر بتوان قابلیت‌های یادگیری و پردازش شبکه‌های عصبی زیستی را در یک سامانه قابل‌کنترل به کار گرفت، ممکن است در آینده نوع جدیدی از محاسبات زیستی و ترکیبی شکل بگیرد. البته این موضوع هنوز یک حوزه پژوهشی در حال توسعه است و فاصله زیادی میان نمونه‌های آزمایشگاهی فعلی و یک رایانه زیستی کاربردی در مقیاس تجاری وجود دارد.

برای تبدیل یک ارگانوئید به بخشی از یک سامانه محاسباتی، دانشمندان باید بتوانند با سلول‌های عصبی آن ارتباط برقرار کنند. یکی از فناوری‌های مهم در این زمینه، آرایه‌های میکروالکترودی است که امکان تحریک و ثبت فعالیت الکتریکی سلول‌های عصبی را فراهم می‌کنند.

در یک معماری فرضی، اطلاعات می‌تواند به شکل سیگنال‌های الکتریکی یا سایر محرک‌ها به ارگانوئید داده شود و فعالیت شبکه عصبی آن به‌عنوان خروجی اندازه‌گیری شود. سپس الگوریتم‌های رایانه‌ای می‌توانند این سیگنال‌ها را رمزگشایی کنند. به این ترتیب، بخش زیستی و بخش دیجیتال در کنار یکدیگر یک سامانه محاسباتی ترکیبی تشکیل می‌دهند.

بله، پژوهش‌های آزمایشگاهی در این زمینه انجام شده‌اند. برای نمونه، پژوهشگران در سال‌های اخیر نشان داده‌اند که می‌توان فعالیت مجموعه‌های سلول عصبی را به سامانه‌های الکترونیکی متصل کرد و از پاسخ آنها برای انجام وظایف ساده استفاده کرد.

Scientific American نیز در گزارشی درباره رایانه‌های زیستی به پلتفرم Neuroplatform شرکت FinalSpark اشاره کرده است؛ سامانه‌ای که از ارگانوئیدهای مغزی و الکترودها برای پژوهش‌های محاسبات زیستی استفاده می‌کند. این نمونه‌ها نشان می‌دهند که ایده استفاده از بافت عصبی زنده برای پردازش اطلاعات صرفاً یک مفهوم نظری نیست، اما هنوز با رایانه‌های همه‌منظوره فاصله دارد.

کاربردهای احتمالی OI فقط به ساخت رایانه‌های جدید محدود نمی‌شود. یکی از مهم‌ترین اهداف این حوزه، مطالعه نحوه یادگیری و شکل‌گیری حافظه در مغز انسان است.

از سوی دیگر، ارگانوئیدهای مغزی می‌توانند به پژوهشگران کمک کنند برخی بیماری‌ها و اختلالات عصبی را در محیط آزمایشگاهی بررسی کنند. Nature نیز تأکید کرده است که ارگانوئیدهای مغزی در حال حاضر برای مطالعه رشد مغز و بیماری‌های عصبی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پژوهشگران همچنین امیدوارند در آینده بتوانند از این فناوری برای آزمایش داروها، مطالعه فرآیندهای عصبی و توسعه روش‌های جدید محاسبات زیستی استفاده کنند. مقاله منتشرشده در Nature Reviews Bioengineering نیز هوش ارگانوئیدی را حوزه‌ای می‌داند که می‌تواند در علوم اعصاب، پزشکی و محاسبات زیستی کاربرد پیدا کند.

خیر. تفاوت مهمی میان این دو وجود دارد. در هوش مصنوعی معمولی، پردازش اطلاعات روی سخت‌افزارهای الکترونیکی و عمدتاً سیلیکونی انجام می‌شود؛ اما در هوش ارگانوئیدی، بخش اصلی پردازش از شبکه‌های زنده سلول‌های عصبی تشکیل شده است.

به همین دلیل، OI بیشتر در مرز میان علوم اعصاب، زیست‌شناسی، مهندسی و علوم کامپیوتر قرار می‌گیرد و می‌توان آن را شکلی از محاسبات زیستی یا Bio-computing دانست.

فعلاً چنین نتیجه‌ای از پژوهش‌های موجود به دست نیامده است. اصطلاح «هوش ارگانوئیدی» به توانایی بالقوه این شبکه‌های سلولی برای پردازش ورودی، ایجاد پاسخ و بررسی سازوکارهای یادگیری اشاره دارد و نباید آن را معادل هوش یا آگاهی انسانی دانست.

Nature در بررسی اخیر خود درباره ارگانوئیدهای مغزی نیز تأکید کرده که تاکنون شواهدی از ظهور نوعی ادراک یا sentience در این ساختارها وجود ندارد، هرچند با پیچیده‌تر شدن ارگانوئیدها، مسائل اخلاقی این حوزه بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند.

هوش ارگانوئیدی هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد، اما مسیر پژوهش‌ها به سمت ساخت ارگانوئیدهای پیچیده‌تر، افزایش طول عمر آنها و ایجاد رابط‌های دقیق‌تر میان بافت عصبی و رایانه پیش می‌رود.

در صورت حل چالش‌های مربوط به رشد، پایداری، ارتباط با سلول‌ها و پردازش سیگنال‌های عصبی، ممکن است در آینده شاهد سامانه‌هایی باشیم که پردازش زیستی و محاسبات دیجیتال را در کنار یکدیگر قرار می‌دهند. با این حال، تبدیل این ایده به یک فناوری محاسباتی عمومی هنوز نیازمند پیشرفت‌های علمی و مهندسی قابل توجهی است.