سلولهای مغز به جای تراشه: استارتاپی که مرکز داده را با نورون انسانی اداره میکند
در حالی که شرکتها در سراسر جهان برای ساخت مراکز داده بیشتر به منظور تامین توان مدلهای هوش مصنوعی (AI) رقابت میکنند، پژوهشگران در حال بررسی این هستند که آیا میتوان از سلولهای زنده انسانی در سامانههای رایانشی استفاده کرد یا نه.
یک استارتاپ استرالیایی میگوید نخستین دستگاه جهان را ساخته که به کاربران اجازه میدهد روی سلولهای زنده مغز انسان کد اجرا کنند.
شرکت کورتیکال لبز (Cortical Labs) سامانهای طراحی کرده که نورونهای پرورشیافته در آزمایشگاه را با سختافزار سیلیکونی ترکیب میکند و به کاربران امکان میدهد کاربردهایی از علوم اعصاب و مدلسازی بیماری تا رباتیک و هوش مصنوعی را بررسی کنند.
این سامانه که CL1 نام دارد با پرورش نورونها از سلولهای بنیادی و قرار دادن آنها روی تراشههایی کار میکند که میتوانند سیگنالهای الکتریکی را ارسال و دریافت کنند.
برت جی. کاگن، مدیر علمی और مدیر عملیاتی کورتیکال لبز، به یورونیوز نکست گفت: «ما از این سلولها بیشتر با رویکرد مهندسی استفاده میکنیم تا چیزی بسازیم که تا حالا واقعا وجود نداشته و ممکن است ویژگیهایی داشته باشد که هرگز نتوانستهایم از آنها بهره ببریم. تا اینجا نتایج بسیار هیجانانگیز است.»
کاگن اضافه کرد: «برای این کار فقط به مقدار کمی خون یا کمی پوست نیاز است و بعد میتوان یک منبع نامحدود از این سلولها تولید کرد که در ادامه میشود آنها را به نورون تبدیل کرد.»
این شرکت میگوید در حال کار روی تاسیسات رایانش زیستی در ملبورن و سنگاپور است؛ جایی که میتوان چندین واحد از این سامانه را مستقر و به صورت از راه دور به آنها دسترسی پیدا کرد.
تفاوت آن با تراشههای معمول سیلیکونی چیست؟
CL1 به کاربران اجازه میدهد مستقیما با نورونها تعامل داشته باشند، سیگنالهای الکتریکی را به عنوان ورودی بفرستند و واکنش سلولها را در لحظه تفسیر کنند.
این سامانه همانند رایانههای متعارف از تراشههای سیلیکونی استفاده میکند، اما این تراشهها به میکروالکترودهایی مجهز شدهاند که با نورونهای زنده ارتباط برقرار میکنند، سیگنال میفرستند و پاسخ آنها را به عنوان بخشی از فرایند محاسبه میخوانند.
برخلاف رایانههای معمول مبتنی بر سیلیکون، این سامانه که تقریبا به اندازه یک جعبه کفش است از کشتهای سلولی زنده استفاده میکند که برای بقا به مایع مغذی نیاز دارند؛ رویکردی که گاهی از آن با اصطلاح «وتویر» (wetware) یاد میشود.
به گفته کورتیکال لبز حدود ۱۲۰ واحد از چنین سامانهای یک مرکز داده کوچک را در ملبورن استرالیا راهاندازی کردهاند.
گرچه ایده پرورش نورونها در آزمایشگاه جدید نیست، کورتیکال لبز میگوید کاری که متفاوت انجام داده این است که سامانهای استاندارد ایجاد کرده که اتصال کشتهای سلولی به رابطهای الکترونیکی را سادهتر میکند و دیگر به چیدمانهای پیچیده و سفارشی آزمایشگاهی نیاز ندارد.
کارایی نهفته در زیستشناسی انسان
به گفته این شرکت، کارهایی که پیشتر به ماهها یا سالها کار تخصصی آزمایشگاهی نیاز داشت اکنون به لطف این پلتفرم یکپارچه در عرض چند ساعت یا چند روز انجام میشود.
تعامل با نورونهای زیستی به این شکل میتواند رایانش را از نظر مصرف انرژی کاراتر و از نظر سازگاری منعطفتر از سامانههای متعارف کند.
کاگن گفت: «زیستشناسی از نظر مصرف انرژی باورنکردنی کاراست. ما انسانها به حجمهای عظیم داده نیاز نداریم.»
او افزود: «دختر کوچکی دارم که برای یاد گرفتن این که سگ چیست فقط کافی است چند تصویر از سگ ببیند، اما یادگیری ماشینی بسته به نوع کار به دهها هزار یا صدها هزار نمونه نیاز دارد. ما همچنین میتوانیم با عدم قطعیت و اطلاعات پر از نویز کنار بیاییم.»
استفاده از سلولهایی که از انسان به دست میآیند میتواند کاربردهای پژوهشی هم داشته باشد. از آنجا که نورونها از نمونههای اهداکنندگان رشد داده میشوند، ممکن است ویژگیهای ژنتیکی آنها را بازتاب دهند و به دانشمندان اجازه دهند در محیط آزمایشگاه ببینند سلولها در برابر درمانهای مختلف چگونه واکنش نشان میدهند.
با این همه، کاگن میگوید رایانههای سنتی مبتنی بر سیلیکون همچنان در انجام محاسبات ریاضی دقیق و بسیار سریع به مراتب کارآمدترند. او معتقد است پیشرفت در سامانههای کنونی هوش مصنوعی ممکن است به محدودیتهای عملی نزدیک شود، زیرا به داده و توان محاسباتی هر چه بیشتری نیاز دارند.
به گفته همبنیانگذار شرکت، به جای آن احتمالا سامانههای آینده رویکردهای زیستی और سیلیکونی را با یکدیگر ترکیب میکنند تا به توانمندیهایی برسند که هیچکدام به تنهایی قادر به فراهم کردن آنها نیستند.
او گفت: «آینده رایانش زمانی است که بتوانیم از همه ابزارهایی که در اختیار داریم استفاده کنیم تا به بهترین نتیجه برسیم.»
برخی کارشناسان موافقند که سامانههای زیستی مزایایی مانند مصرف کم انرژی और سازگاری بالا دارند، اما تردید دارند که رویکردهای کنونی تا کجا پیش برود.
الیسون آر. مواتری، مدیر مرکز آموزش سلولهای بنیادی سانفورد और مرکز پژوهشهای مداری سلول بنیادی در فضا (ISSCOR) در دانشگاه کالیفرنیا در سندیگو در ایالات متحده، به یورونیوز نکست گفت: «اگر تنها از یک شبکه تخت از نورونهای انسانی استفاده کنید، باور ندارم نسبت به سامانههای سنتی مبتنی بر سیلیکون برتری عمدهای داشته باشد.»
او گفت ساختارهای سهبعدی و پیچیدهتر شبیه مغز که با نام ارگانوئید شناخته میشوند میتوانند پتانسیل بیشتری داشته باشند، هرچند هنوز در حد آزمایشیاند.
پرسشهای اخلاقی درباره استفاده از زیستشناسی در رایانش
به کارگیری سلولهای انسانی در رایانش پرسشهای اخلاقی به همراه دارد، هرچند پژوهشگران میگویند سطح نگرانی به میزان پیچیدگی سامانه بستگی دارد.
مواتری میگوید در مورد شبکههای سادهتر نورونهای انسانی، مانند آنچه شرکتهایی چون کورتیکال لبز استفاده میکنند، مشکل عمدهای نمیبیند.
با این حال او هشدار داد که ساختارهای پیچیدهتر شبیه مغز میتوانند چالشهایی ایجاد کنند.
او گفت: «سازمان آناتومیک این بافت میتواند احتمالا نوعی تجربه در ظرف آزمایش ایجاد کند.» او افزود: «این وضعیت ممکن است نوعی آگاهی به وجود بیاورد और برخی افراد از دانستن این موضوع احساس ناراحتی کنند.»
او اضافه کرد چنین نگرانیهایی ممکن است همزمان با توسعه این فناوری نیازمند تدوین قواعد और نظارتهای جدید باشد.
کاگن گفت رویکرد کورتیکال لبز میتواند مزیتهای اخلاقی هم داشته باشد؛ از جمله کاهش نیاز به آزمایش روی حیوانات और ایجاد امکان کنترل بیشتر بر سامانههای زیستی.
او گفت: «ما به این نتیجه رسیدهایم که این رویکرد بسیار بهتری است.»
