آیا آینده متعلق به کامپیوترهای زیستی خواهد بود؟

تلاش برای شبیه‌ کردن کامپیوتر‌ها به مغز انسان پدیده‌ی جدیدی نیست. بااین‌حال گروهی از پژوهشگرهای دانشگاه جانز هاپکینز بر این باورند که می‌توان با نورون‌های واقعی به مزایایی در این زمینه رسید، گرچه موانع زیادی بر سر این راه وجود دارند.

به‌گزارش ارزتکنیکا، گروهی از پژوهشگرها دستورالعملی از پیش‌نیازهای ساخت کامپیوترهایی زیستی را تهیه کرده‌اند که با سلول‌های مغز انسان تقویت می‌شوند. به گفته‌ی یکی از پژوهشگرها، «هوش ارگانوئیدی» مزایایی شفافی نسبت به کامپیوترهای فعلی خواهد داشت. توماس هارتونگ، پژوهشگر بخش مهندسی و سلامت محیط دانشگاه جانز هاپکینز و یکی از مؤلفان مقاله‌ی جدید می‌گوید: «همیشه برای ساخت کامپیوترهایی مشابه مغز انسان تلاش کردیم، بااین‌حال حداقل از دیدگاه تئوری مغز انسان بی‌همتا است.»

ارگانوئیدها بخش‌های کوچکی از بافت هستند که در آزمایشگاه برای شبیه‌سازی اندام‌های کامل پرورش می‌یابند. این اندام‌واره‌های کوچک دارای انواع مشخصی از سلول‌های اندام و برخی ساختارهای داخلی هستند. پژوهشگرها با ارگانوئیدها می‌توانند بدون نیاز به آزمایش انسانی یا جانوری، پژوهش‌های خود را انجام دهند.

هارتونگ و همکاران او در حال کار با ارگانوئیدهای رشدیافته از سلول‌های مغز انسان هستند. هارتونگ از سال ۲۰۱۲ پرورش ارگانوئیدها را از نمونه‌های پوست انسان شروع کرد که در یک وضعیت مشابه با سلول‌های بنیادی تنظیم شده بودند. ارگانوئیدها کوچک و هم‌اندازه با یک نقطه‌ی ایجاد‌شده با خودکار هستند، اما تعداد زیادی نورون (تقریباً ۵۰ هزار) و تعداد متنوعی از ساختارهای دیگر را دارند که امکان یادگیری و به‌خاطر‌سپاری را به آن‌ها می‌دهند.

به گفته‌ی هارتونگ، از این سلول‌ها می‌توان برای ساخت کامپیوترهایی با مزایای مختلف استفاده کرد. برای مثال چنین دستگاه‌هایی می‌توانند انرژی کمتری را نسبت به کامپیوترها و ابرکامپیوترهای رایج مصرف کنند. سرعت یادگیری مغز انسان بیشتر از کامپیوتر است و انرژی کمتری را مصرف می‌کند. برای مثال الگوریتم بازی آلفاگو بر اساس داده‌های ۱۶۰ هزار بازی آماتور Go آموزش دیده بود. زمان قابل توجهی طول می‌کشد تا انسان بتواند این بازی‌ها را اجرا کند با این‌حال انسان هنوز هم عملکرد قابل ستایشی در بازی Go دارد. علاوه بر این مغز انسان در ذخیره‌سازی داده‌ها بسیار خوب عمل می‌کند و بر اساس تخمین‌ها می‌تواند تا ۲٫۵ میلیون گیگابایت داده را ذخیره کند.

کامپیوترهای ارگانوئیدی از نظر تئوری فضای کمتری را مصرف می‌کنند. این کامپیوترها در آینده ساختاری سه بعدی خواهند داشت به این صورت که تراکم سلولی آن‌ها می‌تواند به شکل قابل توجهی افزایش پیدا کند و اتصال‌های بیشتری بین نورون‌ها شکل بگیرد. در نهایت با اینکه کامپیوترهای غیر انسانی از نظر پردازش مقدار زیاد داده‌ها بهتر عمل می‌کنند، باز هم مغز انسان در تصمیم‌گیری منطقی مثل شناسایی سریع یک حیوان عملکرد بهتری دارد.

سوکپال سینگ گیل، استادیار مهندسی الکترونیک و علوم کامپیوتر دانشگاه کویین مری لندن به طور مشابهی پتانسیل این نوع رایانش را ارزیابی می‌کند. او مصرف انرژی را محدودیت بزرگی برای رایانش، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین می‌داند. از طرفی سلول‌های مغز انسان چنین وظایفی را با سهولت یکپارچه‌سازی می‌کنند و پیش‌نیازهای انرژی کمتری دارند به‌طوری‌که تنها به یک محلول مغذی کوچک برای عملکرد صحیح نیاز دارند.

پیش از تبدیل شدن رؤیای کامپیوترهای زیستی به واقعیت، راه زیادی در پیش داریم. یکی از مشکلات مهم، اندازه است. ارگانوئیدها باید از ۵۰ هزار سلول به ۱۰ میلیون سلول برسند؛ اما به‌سختی می‌توان این تعداد سلول‌ را در فضایی بزرگ‌تر از نیم میلی‌متر حفظ کرد زیرا اکسیژن و مواد غذایی نمی‌تواند به‌راحتی به مرکز آن‌ها برسد. یکی از راه‌‌حل‌های این مشکل می‌تواند تزریق یا کانال‌بندی مایعات به داخل ارگانوئید باشد.

پژوهشگرها همچنین باید راه‌هایی را برای برقراری ارتباط با ارگانوئیدها به منظور تبادل اطلاعات به روش کامپیوترها پیدا کنند. به همین دلیل بهبود حافظه‌ی آن‌ها امری حیاتی است. ارگانوئیدهای مغز در حال حاضر صرفاً می‌توانند خاطرات کوتاه‌مدت را حفظ کنند. برای مثال می‌توانید آن‌ها را برای بازی پونگ آموزش دهید اما ممکن است روز بعد همه چیز را فراموش کنند. دلیل این مسئله می‌تواند این باشد که ارگانوئیدها فاقد سلول‌های میکروگلیکا هستند. این سلول‌ها نوعی سلول ایمنی هستند که در مغز ظاهر می‌شوند و عمل هرس سیناپسی یا ریشه‌کن کردن سیناپس‌های زائد را انجام می‌دهند و به این ترتیب مغز می‌تواند به عملکرد عادی خود ادامه دهد.

همچنین پرسش‌های اخلاقی درباره‌ی ساخت و پرورش سلول‌های مغز و زنده بودن یا نبودن ارگانوئیدها وجود دارد. آیا ممکن است نوعی آگاهی در آن‌ها به وجود بیاید یا درد را تجربه کنند؟ هارتونگ و تیم او در همکاری خود با متخصصین اخلاق زیستی در تلاش هستند همه‌چیز را به‌گونه‌ای ارزیابی کنند که ضرر اخلاقی نداشته باشد.