في مختبر خارج كامبريدج يجلس “كمبيوتر بيولوجي” رائع. تقع خلايا الدماغ البشرية البالغة 200000 ، التي تزرع في المختبر ، على دوائر السيليكون التي تنقل نشاطها الكهربائي المتزامن على الشاشة إلى العالم الخارجي.
تم تطوير جهاز CL1 ، بحجم صناديق الأحذية ، بواسطة مختبرات قشرية أسترالية مع Bit.bio في المملكة المتحدة ، في محاولة لإنشاء “ذكاء بيولوجي اصطناعي”-وهو شكل جديد من الحوسبة التي يمكن أن توفر فرصًا تتجاوز الإلكترونيات التقليدية وغيرها من التقنيات النامية مثل الكمية.
“مثل أدمغتنا ، سوف تستهلك أجهزة الكمبيوتر البيولوجية العديد من أوامر الحجم أقل من الطاقة من الإلكترونيات التقليدية لأنها معالجة المعلومات. يمكن أن تشمل التطبيقات المستقبلية الروبوتات والأمن والميتايكر” ، قال الرئيس التنفيذي لشركة Cortical Labs Hon Weng Chong لصحيفة Financial Times.
حفز البحث سريع النمو عن بدائل للإلكترونيات التقليدية المكثفة للطاقة المجال الجديد للحوسبة البيولوجية ، والذي يهدف إلى الاستفادة مباشرة من ذكاء خلايا الدماغ بدلاً من محاكاته في السيليكون من خلال المعالجة “العصبية” و AI.
تختبر المختبرات القشرية في طليعة هذه الحركة ، على الرغم من أن المجموعات الأكاديمية وغيرها من الشركات الناشئة مثل نهائيات المجموعة السويسرية والمربع الأسود البيولوجي في الولايات المتحدة تحرز تقدماً.
التطبيقات المبكرة من CL1 هي في علم الأعصاب والأبحاث الصيدلانية ، واكتشاف كيف تؤثر المواد الكيميائية المختلفة والمرشحين للمخدرات على معالجة معلومات خلايا الدماغ.
وأضاف تشونغ: “ستجعل المراحل التالية من الابتكار أشكالًا جديدة وأكثر تقدماً من أنظمة الذكاء الاصطناعى التقليدية ، وذلك باستخدام نفس المعالجات – الخلايا العصبية – التي تدعم الذكاء في الكائنات الحية”.
بالنسبة لمارك كوتر ، أستاذ علم الأعصاب السريري في جامعة كامبريدج ومؤسس BIT.BIO ، فإن أهمية CL1 “هي أنها الآلة الأولى التي يمكنها تقييم قوة حساب خلايا الدماغ بشكل موثوق.”
أشار الخبراء إلى أن CL1 كان “إنجازًا ملحوظًا” ، وقد ساعد في تعزيز مجال الحوسبة البيولوجية الناشئة.
وقال كارل فريستون ، أستاذ علم الأعصاب في جامعة كوليدج في لندن والذي تعاون أيضًا مع عدد من علماء المختبرات القشرية ، إنه يمكن اعتباره أول كمبيوتر محاكي حيوي متاح تجاريًا.
“ومع ذلك ، فإن الهدية الحقيقية لهذه التكنولوجيا ليست لعلوم الكمبيوتر – في الوقت الحالي. بدلاً من ذلك ، إنها تقنية تمكين تسمح للعلماء بإجراء تجارب على القليل من الدماغ.”
وقال البروفيسور توماس هارتونج من جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور ، الذي يحقق في “الذكاء العضوي” باستخدام العضوية الدماغية أو الأخشاب المصغرة التي تزرع من الخلايا الجذعية ، إن المساهمة المتميزة للمختبرات القشرية كانت لتطوير الألعاب الافتراضية كمعيار للحساب البيولوجي.
تعلم سلف CL1 ، الذي يدعى Dishbrain ، تشغيل لعبة الفيديو البسيطة Pong ، والتي نقلت فيها مجدافًا افتراضيًا لأعلى ولأسفل لتفكيك الكرة.
تضمن التدريب إعطاء الخلايا العصبية حافزًا “مكافأة” عندما نقلوا المجداف بشكل صحيح ، من خلال تطبيق النشاط الكهربائي في شكل موجة جيبية ، والتي تحب الخلايا. كانت “العقوبة” عندما أخطأت ضوضاء بيضاء غير سارة.
تُظهر التجارب مع صناديق الأطباق و CL1 كيف تؤثر الظروف المختلفة على معالجة معلومات الخلايا العصبية ، والتي تقاس بمدى لعبها جيدًا. وقال Bit.Bio's Kotter: “لقد تعاملنا معهم بالمواد الكيميائية التي لها تأثير على أدمغتنا”. “يظهر هذا الجهاز على سبيل المثال أن الكحول يحط من قدرتك على الحساب.”
قارنت تجربة أخرى تأثير ثلاثة علاجات للصرع ووجدت أن أحدهم ، كاربامزيبين ، كان متفوقًا في تحسين مقاييس اللعب.
وقال تشونغ: “إننا نفكر كثيرًا في كيفية برمجة أجهزة الكمبيوتر البيولوجية لدينا”. “سؤال واحد كبير هو كيف نمثل المعلومات الرقمية لهذه الخلايا العصبية.” وأضاف أن العلماء يقومون بتدريس الخلايا العصبية على أشكال الأرقام قائلاً: “لقد بدأوا الآن في إدراك أن تسعة يختلف عن أربعة أو خمسة.”
المختبرات القشرية والبت. وضع طبقات نقية من نوعين محددين من الخلايا العصبية على دائرة السيليكون من الحواسيب الحيوية CL1 – واحدة لإثارة النشاط الكهربائي والآخر لتخفيفه. وقال تشونغ: “التوازن بين التسارع والفرامل مهم حقًا”. تزرع الخلايا العصبية من الخلايا الجذعية المشتقة في الأصل من الجلد البشري.
آخرون مثل نهائيات سويسرا يستكشف الحوسبة البيولوجية مع الأعضاء الدماغية. لكن Bit.Bio و Cortical Labs يعتقدون أن طبقاتها من الخلايا العصبية الموحدة ستعطي نتائج أكثر استنساخًا من الأعضاء العضوية.
قال توني أوسترفين الذي يقود خلايا الدماغ في Bit.Bio: “تبدو الخلايا العصبية لدينا متجانسة للغاية”. “إذا نظرت إلى التقنيات الأخرى ، فسترى تباينًا كبيرًا. قوتنا هي جعل السكان النقيين.”
مهما كان الوعد طويل الأجل للحساب الحيوي ، فإن دعاةها يعترفون بأن التبني لمزيد من التطبيقات العامة و AI يكمن عقودًا في المستقبل. تتمثل إحدى المشكلات في تحديد نظام برمجة فعال.
والآخر هو أن الخلايا العصبية يمكن أن تعيش فقط لبضعة أشهر في CL1 ، التي تتمتع بتدفق سائل ثابت لتزويد المواد الغذائية وإزالة منتجات النفايات.
وقال تشونغ: “الجانب السلبي لنظام مثل هذا هو أننا لم نفعل بعد كيفية نقل الذاكرة”. “بمجرد وفاة النظام ، عليك أن تبدأ من الصفر مرة أخرى.”
يدرك تشونغ المخاوف الأخلاقية التي يمكن أن تنشأ في المستقبل إذا طورت أجهزة الكمبيوتر البيولوجية وثقافات الخلايا العصبية أدوات الوعي.
في الوقت الحالي ، قال: “هذه الأنظمة عاطفية لأنها تستجيب للمنبهات والتعلم منها لكنها ليست واعية. سنتعلم المزيد حول كيفية عمل الدماغ البشري ولكننا لا نعتزم خلق دماغ في ضريبة القيمة المضافة.”
