I biocomputer funzioneranno con cellule cerebrali umane?

I ricercatori della Johns Hopkins aprono la strada a un nuovo campo di “intelligenza organoide”: i biocomputer!

Un “biocomputer” alimentato da cellule cerebrali umane potrebbe essere sviluppato nel corso della nostra vita, secondo i ricercatori della Johns Hopkins University che si aspettano che tale tecnologia espanda esponenzialmente le capacità dell’informatica moderna e crei nuovi campi di studio.

Il team delinea il proprio piano per “l’intelligenza organoide” oggi, sulla rivista Frontiers in Science.

“L’informatica e l’intelligenza artificiale hanno guidato la rivoluzione tecnologica, ma stanno raggiungendo un limite“, ha affermato Thomas Hartung, professore di scienze della salute ambientale presso la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health e la Whiting School of Engineering, che sta guidando il lavoro. “Il biocomputing è un enorme sforzo per compattare la potenza di calcolo e aumentarne l’efficienza per superare i nostri attuali limiti tecnologici“.

Per quasi due decenni gli scienziati hanno utilizzato minuscoli organoidi, tessuti cresciuti in laboratorio simili a organi completamente cresciuti, per sperimentare su reni, polmoni e altri organi senza ricorrere a test sull’uomo o sugli animali. Più recentemente Hartung e colleghi della Johns Hopkins hanno lavorato con organoidi cerebrali, sfere delle dimensioni di un punto di penna con neuroni e altre caratteristiche che promettono di sostenere funzioni di base come l’apprendimento e il ricordo.

“Questo apre la strada alla ricerca su come funziona il cervello umano”, ha detto Hartung. “Perché puoi iniziare a manipolare il sistema, facendo cose che non puoi fare eticamente con i cervelli umani“.

Hartung ha iniziato a coltivare e assemblare cellule cerebrali in organoidi funzionali nel 2012 utilizzando cellule di campioni di pelle umana riprogrammate in uno stato simile a cellule staminali embrionali. Ogni organoide contiene circa 50.000 cellule, circa le dimensioni del sistema nervoso di un moscerino della frutta. Ora immagina di costruire un computer futuristico con tali organoidi cerebrali.

“I computer che funzionano su questo “hardware biologico” potrebbero nel prossimo decennio iniziare ad alleviare le richieste di consumo energetico del supercalcolo che stanno diventando sempre più insostenibili”, ha affermato Hartung. Anche se i computer elaborano calcoli che coinvolgono numeri e dati più velocemente degli umani, i cervelli sono molto più intelligenti nel prendere decisioni logiche complesse, come distinguere un cane da un gatto.

“Il cervello è ancora ineguagliato dai computer moderni“, ha detto Hartung. “Frontier, l’ultimo supercomputer del Kentucky, è un’installazione da 600 milioni di dollari e 6.800 piedi quadrati. Solo nel giugno dello scorso anno ha superato per la prima volta la capacità computazionale di un singolo cervello umano, ma utilizzando un milione di volte più energia”.

“Potrebbero volerci decenni prima che l‘intelligenza organoide possa alimentare un sistema intelligente come un topo“, ha detto Hartung. Ma aumentando la produzione di organoidi cerebrali e addestrandoli con l’intelligenza artificiale, il ricercatore prevede un futuro in cui i biocomputer supporteranno velocità di calcolo, potenza di elaborazione, efficienza dei dati e capacità di archiviazione superiori.

“Ci vorranno decenni prima di raggiungere l’obiettivo di qualcosa di paragonabile a qualsiasi tipo di computer”, ha affermato Hartung. “Ma se non iniziamo a creare programmi di finanziamento per questo, sarà molto più difficile“.

“L’intelligenza organoide potrebbe anche rivoluzionare la ricerca sui test antidroga per i disturbi dello sviluppo neurologico e la neurodegenerazione”, ha affermato Lena Smirnova, assistente Professore di salute ambientale e ingegneria della Johns Hopkins che co-conduce le indagini.

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“Vogliamo confrontare gli organoidi cerebrali di donatori tipicamente sviluppati con gli organoidi cerebrali di donatori con autismo”, ha detto Smirnova. “Gli strumenti che stiamo sviluppando per il calcolo biologico sono gli stessi strumenti che ci permetteranno di comprendere i cambiamenti nelle reti neuronali specifiche per l’autismo, senza dover usare animali o accedere ai pazienti, in modo da poter comprendere i meccanismi alla base del perché i pazienti hanno queste cognizioni, problemi e menomazioni”.

Per valutare le implicazioni etiche del lavoro con l’intelligenza organoide, all’interno del team è stato inserito un consorzio eterogeneo di scienziati, esperti di bioetica e membri del pubblico.

Gli autori di Johns Hopkins includevano: Brian S. Caffo, David H. Gracias, Qi Huang, Itzy E. Morales Pantoja, Bohao Tang, Donald J. Zack, Cynthia A. Berlinicke, J. Lomax Boyd, Timothy D’Harris, Erik C. Johnson, Jeffrey Kahn, Barton L. Paulhamus, Jesse Plotkin, Alexander S. Szalay, Joshua T. Vogelstein e Paul F. Worley.

IMMAGINI: In alto: Thomas Hartung con organoidi cerebrali nel suo laboratorio presso la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health. Credito: Will Kirk/Johns Hopkins University. 

Fonte:EurekAlert