米国の科学者は人間の脳細胞のプレートからコンピューターを構築する計画を立てている

科学者たちが脳細胞のプレートを成長させ、彼らに卓球を教えたことを私たちは知っています。

そして今、彼らは実際にこの脳細胞のディスクを使ってコンピューターを構築したいと考えているのでしょうか?

2 月 28 日に Science Frontiers に掲載された論文で、科学者チームは 3D 人間の脳細胞の塊 (脳細胞とも呼ばれる) をオルガノイドとして生物学的ハードウェアに結合する計画について説明しました。高度なコンピューティングタスクを実行できる。

論文アドレス: https://www.frontiersin.org/journals/science/articles/10.3389 /fsci.2023.1017235

端的に言えば、人間の脳細胞によって駆動される「生体コンピューター」を開発することです。

「シリコンベースのコンピューターは確かに数値処理に優れていますが、脳は学習能力に優れています」とジョンズ・ホプキンス大学の微生物学教授、ジョン・ハートゥング氏は述べています。

今回はついに炭素系生物が立ち上がった？

そう、卓球ができる脳細胞です。

ジョンズ・ホプキンス大学の科学者たちは、ある日、実験室で培養された「マイクロ脳」が配線されて、強力かつ効率的な生物学的コンピューターとして機能します。

現在、AI が私たちの生活を乗っ取っているように見えますが、これらの科学者は、生きた人間の脳細胞によって駆動される「オルガノイド知能」または OI と呼ばれるものが、いつかあらゆる AI を超えるかもしれないと信じています。そしてより効率的になります。

ChatGPT の誕生後、人間は AI に取って代わられるだろうという警告があちこちで見られました。さて、私たちは自分自身の脳細胞に頼って、ようやくゲームに戻ることができるのでしょうか?

それでは、この伝説の「オルガノイド」とは一体何なのでしょうか？

実際、これは生物学的組織の 3D 塊です。

#Thomas Hartung の研究室で作製された脳オルガノイドの拡大画像。染色してニューロンをマゼンタ、核を青、その他の支持細胞を赤と緑で示しています

#科学者たちはこの分野を「オルガノイドインテリジェンス」(OI)と名付けました。

約 20 年にわたり、科学者たちは小さなオルガノイド (完全に成長した臓器に似た研究室で培養された組織) を使用して、腎臓、肺、その他の臓器の実験を行ってきました。人体実験や動物実験は必要ありません。 。

最近、Hartung らは、学習や記憶などの機能を維持すると予想されるニューロンやその他の機能を備えたペン先サイズの球体である脳オルガノイドを研究しています。

チームリーダーでジョンズ・ホプキンス大学環境健康科学教授のトーマス・ハートゥング氏は、「バイオコンピューティングを実現する技術は現在成熟している。人間の脳の一部の機能が、不完全で矛盾した情報（直観的思考）に基づいて迅速な意思決定を行うなど、OI として実装できます。」

「オルガノイド インテリジェンス」 (OI) に関する重要な情報

このチームには、プレートを培養した皮質研究所のメンバーも含まれています。卓球をすることができます。案の定、これはおなじみのレシピであり、馴染みのある味です。

オルガノイドを実験に使用すると、人間や動物の実験を回避できるため、科学者にとって多くのメリットがあります。

ハルトゥング氏は声明で次のように述べた:「オルガノイドは人間の脳がどのように機能するかについての研究の扉を開く。なぜならシステムを操作し始めて、人間の脳では倫理的に実行できないことを実行できるからである。」

まあ、まるで闇の科学者のような気分です...

人間の脳はコンピューターよりも強いです

人間の脳とコンピューターを競争させたら、どちらが勝つでしょうか?

Hartung 氏の見解では、現代のコンピューターは人間の脳の前ではまだ弱いとのことです。

「フロンティアはケンタッキー州の最新のスーパーコンピューターで、価格は 6 億ドル、占有面積は 6,800 平方フィートです。ちょうど昨年 6 月、初めて人間の単一の脳の計算能力を超えました。

ハルトゥング氏は、コンピューターは数値やデータを含む計算を人間よりも速く処理できるものの、複雑な論理的意思決定を行う場合、脳ははるかに賢明であることを認めました。犬からの猫。

別の例として、「シリコンベースのコンピューターは数字には優れているが、脳は学習に優れている」という考えを実証する際に、2017 年には AlphaGo の方が優れていたという例を挙げました。 2011年に世界のトップ棋士を破ったが、6万局の対局データを使って訓練された。

そして、これらのゲームをクリアするには、175 年間、1 日 5 時間プレイしなければならないことになります。

シリコン コンピューターは限界に達しました

2012 年以来、Hartung は人間の皮膚サンプルの細胞を ES 細胞に再プログラムしてきました。その後、成長し、機能的なオルガノイドに組み立てられます。

各オルガノイドには約 50,000 個の細胞が含まれており、これはショウジョウバエの神経系とほぼ同じサイズです。彼は現在、この脳オルガノイドを使用して未来のコンピューターを構築することを構想しています。

Hartung 氏は、この「生物学的ハードウェア」上で実行されるコンピューターは、今後 10 年間でスーパーコンピューティングのエネルギー需要を軽減できる可能性があると述べました。スーパーコンピューティングはますます持続可能ではなくなりつつあります。

「脳には、推定 2,500 テラバイトもの情報を保存する驚異的な容量があります」と Hartung 氏は述べています。

「小さなチップにこれ以上のトランジスタを組み込むことができないため、シリコン コンピューターの物理的限界に達しつつあります。しかし、脳の配線はまったく異なり、約 1,000 億個のニューロンが存在します。

16 年間の研究により、人間の脳のメモリにはインターネット全体を保存できることが示されています。

オルガノイドは、私たち自身の脳が情報を取得して保存できるようにする細胞を共有しているため、脳の塊は、多くのエネルギーを使わずに迅速に学習する必要がある人に特に適しています。タスクは、情報が脳内のコンパクトなニューロン接続に保存される前に消費されます。

その結果、より強力な計算をサポートする複雑な脳ネットワークを作成することもできます。

しかし、科学者たちが作り出そうとしているオルガノイド知能、つまり生物学的コンピューターが故障したらどうなるでしょうか?

Hartung氏は、オルガノイド知能はAIや昔ながらの方法で成長した人間の脳にとって脅威ではないと述べた。

しかし、脳オルガノイドの生産を増やし、AIトレーニングを使用して現在のシリコンシステムの欠点のいくつかを克服する時期が来ています。

「コンピューターと同等になるまでには何十年もかかるだろう」とハルトゥング氏は語った。 「しかし、今すぐ計画を始めなければ、それはずっと難しくなるでしょう。」

Hartung氏は、オルガノイド知能がマウスと同じくらい賢いシステムを動かすには数十年かかる可能性があると述べた。モチベーション。

しかし、脳オルガノイドの生産をスケールアップし、AIで訓練することで、この生物学的コンピューターは優れた計算速度、処理能力、データ効率、ストレージ容量を持つようになることが予測されます。

そして、オルガノイドインテリジェンスは、神経発達障害や神経変性に対する薬物試験研究に革命をもたらす可能性があります。

#ジョンズ・ホプキンス大学環境衛生工学助教授レナ・スミルノバ氏は、「私たちはドナーからの正常な脳オルガノイドと自閉症ドナーからの脳を比較したかったのです。」と述べた。 ##「私たちが開発しているバイオコンピューティング ツールは、自閉症患者の神経ネットワークの変化を理解できるようにするツールとよく似ており、動物を使用したり患者と接触したりすることなく実行できます。なぜ患者がこのような認知能力を持っているのかを理解する

#倫理的拷問

しかし、人間の脳細胞の塊は人間によって培養されることを望んでいます。生物学的コンピューター?

彼らは感覚を持ち、自己認識を持ち、あるいは葛藤を感じるでしょうか?

Hartung のチームもこれを考えました。生命倫理の背景を持つメンバーの中には、OI と協力することの倫理的影響を評価するために取り組んでいる人もいます。

そして、複雑な生物学的コンピューターを構築したい場合、研究者が越えなければならない倫理的な地雷原があります。それは、脳オルガノイドでミニチュアの人間の脳シミュレーションを構築するためです。数には制限があります。計算能力を備えたセルの数。

しかし、コンピューターに適したオルガノイドを成長させたい場合は、50,000 個のニューロンから 1,000 万個まで拡張する必要があります。

そして、コンピューティング能力が向上するにつれて、これらの相互接続されたオルガノイドは、完全に知覚力を持つわけではないものの、何らかの形で知性を獲得する可能性があります。

これは、私たちを昔からの質問に戻します。「意識とは何ですか?」

「今日の時点で、これらのオルガノイドが皮質発達の神経振動挙動を模倣できることがわかっています」とカリフォルニア大学サンディエゴ校の神経科学者アリソン・ムオトリ氏は述べた。

#これらの神経振動行動は脳波です。

また、麻酔下ではこれらの振動は徐々に消えていきますが、これも人間の脳と同様です。 「

「オルガノイドを意識の領域に持ち込むために、私たちはPCIを収集するために何らかの刺激を行っています」とムオトリ氏は語った。 PCI は、生物または実体の意識レベルを測定するために一部の専門家によって提案された尺度です。

#研究室で作られたミニ脳は未熟児のような脳波を生成できることが研究で判明

しかし、オルガノイド知能は出現するのでしょうか?いつ登場しますか？ #誰も知りません。

スタンフォード大学の法学と遺伝学の教授であるハンク グリーリーは、ニューラル ネットワークの倫理を専門としています。

私たちはいつか、脳のように機能し、ある程度の知性を持つ人間の神経オルガノイドを作成できるかもしれない、と彼は言いました。しかし、それでも、私たちはこの質問についてはまだほとんどわかっていません：正確に何が私たちの脳に意識を生み出すのか？

「接続されているニューロンの数が何かをインテリジェントにするわけではありません。切り出した石を 100 万個積み上げたとしても、必ずしもシャルトル大聖堂ができるとは限りません。おそらく、たくさんあるだけでしょう。切った石のことです」とグリーリー氏は語った。

「オルガノイドは決して「ミニ脳」ではありません。オルガノイドは脳のように組織化されておらず、脳のように多数の細胞タイプを含んでおらず、相互作用しません。インプットとアウトプットを通じて身体と継続的なコミュニケーションを行う。」

フランスの数学者兼哲学者のルネ・デカルトは、意識と身体は別のものであると信じていました。

さまざまな道徳的危機に直面したハルトゥング氏は、「予期せぬ結果をもたらさないテクノロジーはないかもしれない」と語った。

「そのようなリスクを排除することは困難ですが、人間が入力と出力を制御し、その出力結果に対する脳のフィードバックが制御されている限り、制御を失うことはありません。しかし、AI や OI に自律性を与えれば、 「問題が発生しました。」

「要するに、シリコン マシンもセル マシンも人間を制御することはできません。」

# ＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃これに関してネチズンは、「シリコン上であろうと肉上であろうと、本物のＡＧＩは新しい生命体だ」と述べた。 「思考の自律性と、(ChatGPT のような見せかけの操り人形ではなく) 生成したいという本当の欲求は、生命の証拠です。」

論文紹介

見てみましょう。論文からのいくつかの重要なポイント。

OI テクノロジーを開発する理由

科学者は常にバイオロジカル コンピューティングの実現に熱心に取り組んできました。

人間の脳は計算に関しては機械ほど優れていませんが、複雑で未解決の問題を処理する能力は機械よりもはるかに優れており、エネルギー消費が少なく、より多くのタスクを実行できます。効率よく高い。

オルガノイド インテリジェンス (OI) は、この熱意を実践するための科学者による最新の試みです。

ジョンズ・ホプキンス大学の研究者たちは、人間の脳細胞を使って人工知能を作成したいと考えています。研究チームは、ヒトの皮膚細胞を胚性幹細胞と同様の状態にプログラムし、脳細胞を形成する能力を回復させ、記憶や学習などの基本的な機能を持たせることができるようにした。

OI テクノロジーを開発する時が来た

ヒト細胞を再生する幹細胞をプログラムし、多能性幹細胞から三次元脳オルガノイドを開発することで、OI が可能になります。

過去 10 年間で、脳細胞培養は従来の単層培養から、より臓器に似た、組織化された三次元培養へと進化しました。ジョンズ ホプキンス大学代替動物実験センターなどの機関は、この高度に標準化されたスケーラブルな脳器官を生み出しました。

培養された脳器官のほとんどには活性なシナプスがあり、未熟児の皮質層の脳に匹敵することが示されています。そして衝撃波のパターン。

これらの器官培養物には、生物学的学習に関与するさまざまな細胞も豊富に含まれています。

OI と他の技術との架橋

入出力モニタリングを使用して、培養脳オルガノイドを電気的および化学的刺激に曝露し、検証するその中で学習が起こるかどうか。

OI によって生成された大量のフィードバック データは、強力な計算能力を備えた AI によって分析され、臓器の変化と特定の出力信号を関連付けることが必要になります。このプロセスで、OI はブリッジを構築しました。機械学習、統計、信号処理、情報理論などの学際的なツールを統合します。

臓器の接続性を推測することも重要なタスクです。脳イメージングと計算生物学のツールを使用すると、オルガノイド神経系接続の入力と出力をマッピングし、接続を決定することができます。神経回路間に効果的な接続が確立されているかどうか。

OI データの保存と処理には、高速、信頼性、スケーラブルなインフラストラクチャを提供する必要があり、生物学的ネットワークの各層が計算して出力できる大量のデータに適応できる必要があります。また、動的に変更する機能も必要です。

JHU チームが採用したスト​​レージ戦略は、主に CERN 大型ハドロン衝突型加速器実験と同様のソリューションを開発することであり、イベントのリアルタイム検出に複雑なトリガーを使用します。潜在的な発見価値 時間は保存されます。将来的には、OI コミュニティを構築することで、強力で再現可能なビッグデータ インフラストラクチャを迅速に確立できるようになります。

OI のさらなる改善

まず、生物学的コンピューティングの複雑さを改善する必要があります。OI では、オルガノイドがシリコン内で役割を果たすことができます。インターフェースと環境: シリコン間の相互作用を最適化する相互作用機能とアルゴリズムにより、OI の生存可能性が向上します。

また、人間の視覚により近い入力表現など、より複雑な生物学的信号を OI に入力できるようにしたいと考えています。

シナプス可塑性における分子生物学の進歩は、OI の最適化にとって重要であり、成長条件を改善することで人間の脳の学習効果をよりよく表現できるようになります。

OI テクノロジーのビジョン

OI をバイオコンピューティングの真の形態として確立し、脳オルガノイドを倫理的に利用します。

バイオコンピューティングの革命を実現し、シリコンベースのコンピューティングと AI コンピューティングの限界を克服し、より迅速な意思決定と継続的な学習を実現し、これらのタスクの実行効率を向上させます。

人類の知恵をより明確に解明し、認知欠陥やその他の関連疾患の治療に希望をもたらします。

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