(CNN) Computadores alimentados por células cerebrais humanas podem soar como ficção científica, mas uma equipe de pesquisadores nos EUA acredita que essas máquinas, parte de um novo campo chamado “inteligência orgânica”, podem moldar o futuro – e agora eles têm um plano para chegar lá. .
Organelas são tecidos desenvolvidos em laboratório que se parecem com órgãos. Essas estruturas tridimensionais, geralmente derivadas de células-tronco, são usadas em laboratórios há quase duas décadas, pois os cientistas conseguiram evitar testes nocivos em humanos ou animais fazendo experiências com a função dos rins, pulmões e outros órgãos.
Na verdade, os organoides cerebrais não se parecem com versões minúsculas do cérebro humano, mas as culturas de células do tamanho de uma ponta de caneta contêm neurônios capazes de realizar funções semelhantes ao cérebro e formam um grande número de conexões.
Os cientistas chamam esse fenômeno de “inteligência em um prato”.
Esta imagem ampliada mostra um organoide cerebral produzido no laboratório de Hartung. A cultura foi corada para mostrar neurônios em roxo, núcleos celulares em azul e outras células de suporte em vermelho e verde.
O Dr. Thomas Hartung, professor de saúde ambiental e engenharia na Escola de Saúde Pública Johns Hopkins Bloomberg e na Escola de Engenharia Whiting em Baltimore, começou a cultivar organoides cerebrais alterando amostras de pele humana em 2012.
Ele e seus colegas imaginam combinar o poder dos organoides cerebrais em um tipo de dispositivo biológico mais eficiente em termos de energia do que os supercomputadores. Esses “biocomputadores” empregarão redes de organoides cerebrais para potencialmente revolucionar os testes farmacêuticos para doenças como doença de AlzheimerFornece uma visão sobre a mente humana e muda o futuro da computação.
A pesquisa que descreve o plano de inteligência orgânica desenvolvido por Hartung e seus colegas foi publicada na revista Tuesday fronteiras na ciência.
“A computação e a inteligência artificial estão impulsionando a revolução tecnológica, mas chegaram a um limite”, disse Hartung, autor sênior do estudo, em um comunicado. “A biocomputação é um esforço maciço para comprimir o poder computacional e aumentar sua eficiência além de nossos limites tecnológicos atuais.”
Cérebro humano versus inteligência artificial
Embora a IA seja inspirada nos processos de pensamento humano, a tecnologia não pode replicar totalmente todas as capacidades do cérebro humano. Essa lacuna é a razão pela qual os humanos podem usar um captcha baseado em imagem ou texto, ou o teste de Turing genérico totalmente automatizado para diferenciar computadores e humanos, como uma medida de segurança online para provar que eles não são bots.
O teste de Turing, também conhecido como jogo da imitação, foi desenvolvido em 1950 por um matemático e cientista da computação britânico. Alan Turing Avaliar como as máquinas exibem um comportamento humano inteligente.
Mas como um computador realmente se compara a um cérebro humano?
Um supercomputador pode processar grandes quantidades de números mais rapidamente do que um ser humano.
“Por exemplo, o AlphaGo (a IA que derrotou o jogador número 1 do Go em 2017) foi treinado com dados de 160.000 jogos”, disse Hartung. “Uma pessoa teria que jogar cinco horas por dia por mais de 175 anos para experimentar tantos jogos.”
Por outro lado, o cérebro humano é mais eficiente energeticamente, bem como melhor em aprender e tomar decisões lógicas complexas. Algo tão básico quanto ser capaz de distinguir um animal de outro é uma tarefa que o cérebro humano pode fazer facilmente, mas um computador não pode fazer.
Fronteira US$ 600 milhões Supercomputador no Oak Ridge National Laboratory No Tennessee, pesa 8.000 lb (3.629 kg), com cada armário pesando o equivalente a duas picapes padrão. Hartung disse que a máquina ultrapassou a capacidade computacional de um único cérebro humano em junho – mas usou um milhão de vezes mais energia.
“O cérebro ainda é incomparável com os computadores modernos”, disse Hartung.
“O cérebro também tem uma capacidade incrível de armazenar informações, estimada em 2.500 (terabytes)”, acrescentou. “Estamos atingindo os limites físicos dos computadores de silício porque não podemos encaixar mais transistores em um chip minúsculo.”
Como funciona um biocomputador?
Os pioneiros das células-tronco John B. Gordon e Shinya Yamanaka Ele ganhou o Prêmio Nobel em 2012 para desenvolver uma tecnologia que permite a criação de células a partir de tecidos totalmente desenvolvidos, como a pele. A pesquisa inovadora permitiu que cientistas como Hartung desenvolvessem organoides cerebrais usados para imitar cérebros vivos e testar e identificar drogas que podem representar riscos à saúde do cérebro.
Hartung trabalhou com organoides cerebrais durante anos.
Hartung lembra que outros pesquisadores perguntaram a ele se os organoides semelhantes ao cérebro podiam pensar ou alcançar a consciência. A questão o levou a considerar fornecer informações às organelas sobre seu ambiente e como interagir com elas.
“Isso abre a pesquisa sobre como o cérebro humano funciona”, disse Hartung, que também é diretor adjunto do Centro de Alternativas para Experimentação Animal na Europa. “Porque você pode começar a manipular o sistema, para fazer coisas que você não pode fazer eticamente com mentes humanas.”
Hartung define inteligência orgânica como “a reprodução de funções cognitivas, como aprendizado e processamento sensorial, em um modelo de laboratório de um ser humano e do cérebro”.
As organelas cerebrais que Hartung está usando atualmente precisam ser expandidas em OI, ou inteligência orgânica. Cada organela contém tantas células quantas forem encontradas no sistema nervoso de uma mosca da fruta. a Único orgânico O cérebro humano tem cerca de um a três milionésimos do tamanho do cérebro humano, o que significa que é equivalente a cerca de 800 megabytes de espaço de armazenamento de memória.
“Eles são muito pequenos, cada um contendo cerca de 50 mil células. Para a OI, precisaríamos aumentar esse número para 10 milhões”, afirmou.
Os pesquisadores também precisam se comunicar com as organelas para enviar-lhes informações e receber leituras do que os organismos estão “pensando”. Os autores do estudo desenvolveram um projeto que incorpora ferramentas de bioengenharia e aprendizado de máquina, juntamente com inovações inovadoras. Permitir diferentes tipos de entradas e saídas através das redes de um organoide, escreveram os pesquisadores no estudo, permitiria tarefas mais complexas.
Desenvolvemos um arquivo Dispositivo de interface cérebro-computador Este é um tipo de tampa de eletroencefalograma (EEG) para organoides, disse Hartung, que apresentamos em um artigo publicado em agosto passado. “É uma casca flexível densamente coberta com microeletrodos que podem captar sinais do organoide e transmitir os sinais para ele.”
Hartung espera que um dia haja um canal de comunicação útil entre AI e OI “que permitirá que os dois explorem as capacidades um do outro”.
Formas de usar OI
Os pesquisadores disseram que as contribuições mais influentes da inteligência orgânica podem ser vistas na medicina humana.
Os organoides cerebrais podem ser desenvolvidos a partir de amostras de pele de pacientes com distúrbios neurológicos, permitindo que os cientistas testem como diferentes drogas e outros fatores os afetam.
“Com a OI, também podemos estudar os aspectos cognitivos dos estados neurológicos”, disse Hartung. “Por exemplo, podemos comparar a formação da memória em organelas derivadas de pessoas saudáveis e de pacientes com Alzheimer, e tentar corrigir déficits relativos. Também podemos usar OI para testar se certas substâncias, como pesticidas, causam problemas de memória ou aprendizado.”
Os organoides cerebrais também podem abrir uma nova maneira de entender a cognição humana.
“Queremos comparar os organoides cerebrais de doadores de desenvolvimento típico com os organoides cerebrais de doadores autistas”, disse Lena Smirnova, professora assistente de saúde ambiental e engenharia da Universidade Johns Hopkins, em um comunicado.
“As ferramentas que estamos desenvolvendo para a biocomputação são as mesmas que nos permitirão entender as mudanças nas redes neurais do autismo, sem ter que usar animais ou acessar pacientes, para que possamos entender os mecanismos por trás dos quais os pacientes adquirem essas cognições, ” ela disse.
O uso de organoides cerebrais para criar inteligência orgânica ainda está em sua infância. Desenvolver uma OI comparável a um computador com o poder cerebral de um mouse pode levar décadas, disse Hartung.
Mas já existem resultados promissores que mostram o que é possível. O co-autor do estudo, Dr. Brett Kagan, diretor científico do Cortical Labs em Melbourne, Austrália, e sua equipe mostraram recentemente que Células cerebrais podem aprender a jogar pongvideogame.
“A equipe deles já está testando isso com organoides cerebrais”, disse Hartung. “E eu diria que replicar esse experimento com organelas realmente cumpre a definição básica de OI. Daqui em diante, é apenas uma questão de construir a comunidade, as ferramentas e as técnicas para realizar todo o potencial da OI.”
Ética das organelas cerebrais
A criação de organoides cerebrais capazes de funções cognitivas levanta uma série de preocupações éticas, incluindo se eles podem desenvolver consciência ou sentir dor, e se aqueles cujas células foram usadas para produzi-los têm algum direito sobre os organoides.
“Uma parte fundamental de nossa visão é desenvolver a OI de maneira ética e socialmente responsável”, disse Hartung. “Por esse motivo, estabelecemos uma parceria com especialistas em ética desde o início para estabelecer a abordagem de ‘ética incorporada’. Todas as questões éticas serão continuamente avaliadas por equipes compostas por cientistas, especialistas em ética e generalistas, à medida que a pesquisa evolui.”
Envolver o público na compreensão e no desenvolvimento da inteligência orgânica é fundamental, escreve Julian Kinderler, professor emérito de direito de propriedade intelectual da Universidade da Cidade do Cabo, na África do Sul, em uma visão política publicada separadamente. Kinderlerer não estava envolvido no novo estudo OI.
“Estamos entrando em um novo mundo, onde a interação entre humanos e construções humanas obscurece as distinções”, escreveu Kinderler. “A sociedade não pode esperar passivamente por novas descobertas; ela deve estar envolvida na identificação e resolução de possíveis dilemas éticos e garantir que qualquer experimento caia dentro dos limites éticos que ainda precisam ser definidos.”
Assista a evolução Inteligência artificial como ChatGPT O quão perto os computadores estão de passar no teste de Turing fez com que alguns se perguntassem o quão perto os computadores estão de passar no teste de Turing, Gary Miller, vice-reitor de estratégia de pesquisa e inovação e professor de ciências da saúde ambiental na Universidade de Columbia em Nova York, escreveu em um artigo separado publicado terça-feira. Miller não estava envolvido no estudo da Johns Hopkins.
Redes de organoides cerebrais poderiam um dia ser usadas para dar suporte a biocomputadores.
Embora o ChatGPT possa coletar informações com eficiência na Internet, ele não pode responder a uma mudança de temperatura como um sistema celular cultivado, escreveu ele.
“Os sistemas Metabrane podem exibir aspectos-chave de inteligência e consciência”, escreve Miller.
“Isso requer um exame robusto das implicações éticas da tecnologia, no qual os eticistas devem ser incluídos. Devemos garantir que todas as etapas do processo sejam conduzidas com integridade científica, reconhecendo que o maior problema é o impacto potencial na sociedade. A OI obscurece o linha entre a cognição humana e a inteligência da máquina, e a tecnologia e a biologia estão avançando a uma velocidade que pode ultrapassar os debates éticos e morais necessários. Este campo emergente deve e deve adotar uma abordagem vigorosa para abordar as questões morais e éticas que acompanham esse tipo de avanços científicos antes que a tecnologia caia no abismo moral”.
