Organoidy mózgowe i bioprocesory w dalszym ciągu pojawiają się jako innowacyjne technologie w dziedzinie bioinformatyki. FinalSpark, szwajcarski start-up działający w Europie, opracował coś, co uważa za pierwszy na świecie bioprocesor wykorzystujący organoidy ludzkiego mózgu. Te organoidy to zminiaturyzowane, uproszczone wersje narządów hodowanych in vitro z komórek macierzystych lub próbek tkanek. Rozwój ten stanowi ważny krok w integracji struktur biologicznych z tradycyjnymi technologiami komputerowymi.
Bioprocesor, będący częścią „neuroplatformy” FinalSpark, może zapewnić zdalny dostęp do 16 organoidów ludzkiego mózgu. Platforma ta jest obecnie wyjątkowa, ponieważ umożliwia interakcję z neuronami biologicznymi w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym. Firma twierdzi, że te bioprocesory są w stanie uczyć się i przetwarzać informacje, potencjalnie zmieniając sposób wykonywania zadań obliczeniowych. Są także bardzo energooszczędne.
Czy organoidy ludzkiego mózgu są przyszłością informatyki? Bioprocesor FinalSpark wywołuje debatę
Jedno z najbardziej uderzających twierdzeń na temat bioprocesora opracowanego przez FinalSpark jest jego efektywność energetyczna. Firma twierdzi, że jej bioprocesor zużywa milion razy mniej energii niż konwencjonalne procesory cyfrowe. Dla porównania, szkolenie zaawansowanego modelu sztucznej inteligencji, takiego jak GPT-3, wymaga około 10 GWh energii, czyli około 6000 razy więcej niż roczne zużycie energii w przeciętnym europejskim gospodarstwie domowym.
Z drugiej strony drastycznie niższe zapotrzebowanie bioprocesora na energię może prowadzić do bardziej zrównoważonych praktyk obliczeniowych, zwłaszcza w dziedzinach intensywnie przetwarzających dane, takich jak sztuczna inteligencja. To radykalne zmniejszenie zużycia energii to nie tylko osiągnięcie techniczne, ale także dobrodziejstwo dla środowiska. W miarę ciągłego rozwoju technologii cyfrowych i centrów danych ich wpływ na środowisko stał się kluczową kwestią. Znacząco obniżając zapotrzebowanie na energię, bioprocesory, takie jak te opracowane przez FinalSpark, mogłyby pomóc złagodzić niektóre z tych problemów środowiskowych.
Technologia stojąca za Neuroplatformą opiera się na architekturze zwanej „wetware”. Jest to połączenie biologii, oprogramowania i sprzętu. System wykorzystuje cztery układy wieloelektrodowe (MEA) do przechowywania organoidów, trójwymiarowych mas komórek pochodzących z tkanki mózgowej. W każdym MEA znajdują się cztery organoidy, co daje w sumie 16 różnych procesów przetwarzania organoidów.
Złożona struktura stanowi podstawę unikalnych możliwości bioprocesorów. Naśladując komunikację między komórkami nerwowymi, organoidy mogą wykonywać złożone zadania, takie jak uczenie się, zapamiętywanie i przetwarzanie informacji. Dzięki temu bioprocesory są bardziej elastyczne i adaptacyjne niż konwencjonalne procesory. Jednakże długoterminowe skutki tej nowej technologii nie są jeszcze w pełni poznane. Wciąż badane są takie kwestie, jak dalece bioprocesory mogą naśladować złożoność ludzkiego mózgu i w jakich obszarach będą bardziej skuteczne.
Względy etyczne: poruszanie się po nowych terytoriach
Wykorzystanie organoidów ludzkiego mózgu w informatyce otwiera również złożony obszar rozważań etycznych. Te organoidy, choć nie posiadają świadomości, pochodzą z ludzkich komórek i naśladują niektóre funkcje ludzkiego mózgu. Rodzi to pytania o moralne implikacje ich wykorzystania w badaniach i technologii. Debaty etyczne, które prawdopodobnie wynikną w związku z tą technologią, skupią się na zakresie, w jakim ludzkie materiały biologiczne mogą być wykorzystywane w zastosowaniach pozamedycznych. Co więcej, należy dokładnie rozważyć pochodzenie komórek tych organoidów, związane z tym procesy uzyskiwania zgody oraz potencjalne długoterminowe skutki ich stosowania. W miarę postępu tej technologii niezwykle istotne będzie zaangażowanie organów regulacyjnych, badaczy i społeczeństwa w dyskusję na temat ram etycznych, które powinny kierować rozwojem i wykorzystaniem bioprocesorów.
Skalowalność i dostępność
Chociaż potencjał bioprocesorów jest ogromny, istnieją praktyczne wyzwania związane ze skalowalnością i dostępnością, którymi należy się zająć. Platforma FinalSpark obsługuje obecnie ograniczoną liczbę organoidów i jest dostępna dla wybranej grupy instytucji za znaczną opłatą. Chociaż platforma neuro oferuje doświadczenie podobne do chmury, badacze nie są jeszcze pewni, w jaki sposób moc obliczeniową 16 organoidów można podzielić na wiele procesów. Do tej pory dostęp do zdalnej platformy obliczeniowej uzyskało jedynie dziewięć instytucji, a FinalSpark pobiera od każdego użytkownika miesięczną opłatę abonamentową w wysokości 500 szt. cm (rodzaj kryptowaluty).
Stanowi to jedną z największych przeszkód na drodze do powszechnego stosowania bioprocesorów. Rodzi to pytania o demokratyzację takiej technologii i jej dostępność dla szerszej społeczności naukowej. Skalowalność bioprocesorów obejmuje nie tylko techniczną zdolność do wytwarzania i utrzymywania większej liczby organoidów, ale także infrastrukturę niezbędną do zapewnienia szerokiego dostępu do tej technologii. W miarę rozwoju tej dziedziny konieczne będzie opracowanie strategii gwarantujących, że te innowacyjne narzędzia będą mogły przynieść korzyści szerszemu gronu badaczy i praktyków bez zaporowych kosztów i barier logistycznych.
Rozwój bioprocesorów wykorzystujących organoidy ludzkiego mózgu przez FinalSpark oznacza znaczący postęp w integracji biologii z technologią komputerową. Chociaż potencjał zmniejszenia zużycia energii i zwiększenia możliwości obliczeniowych jest znaczny, technologia ta stwarza również złożone wyzwania etyczne i praktyczne. W miarę postępów konieczne będzie kompleksowe zajęcie się tymi kwestiami, zapewniając odpowiedzialne i sprawiedliwe wykorzystanie korzyści płynących z bioprocesorów.
Autor wyróżnionego obrazu: FinalSpark
Source: Organoidy mózgowe i bioprocesory: nowe podejście do obliczeń