Volgens nieuws van 7 maart, op het Mobile World Congress in Barcelona, Spanje, heeft de Australische start-up CorticalLabs 's werelds eerste commerciële biocomputer CL1 uitgebracht, gebaseerd op menselijke hersencellen. Het systeem maakt gebruik van tweedimensionale neuronenaggregaten die in het laboratorium zijn gekweekt om basisleermogelijkheden te bereiken via een elektrisch signaalfeedbackmechanisme. Het team zegt dat het kan worden gebruikt als een biologische AI met laag vermogen voor medicijntests en neurowetenschappelijk onderzoek.
De academische gemeenschap is voorzichtig over het potentieel ervan: experts bevestigen dat, hoewel het systeem eenvoudige taken zoals het 'pingpong'-spel kan uitvoeren, er een generatiekloof bestaat met complexe besluitvormingsintelligentie; ethici waarschuwen ervoor dat het in de toekomst het risico loopt dat het bewustzijn ontwaakt, maar de meeste onderzoekers benadrukken dat het huidige breinachtige model slechts honderdduizenden neuronen bevat (minder complex dan insectenhersenen) en helemaal niet de kenmerken van autonoom bewustzijn heeft.
Het volgende is de vertaling:
Op een warme middag eind vorig jaar in Melbourne werden honderdduizenden levende menselijke hersencellen opgeslagen in dozen op een tafel in Brunswick. Hoewel de neuronen onzichtbaar zijn voor het blote oog, wijst Brett Kagan, hoofd wetenschappelijk directeur van start-up CorticalLabs, naar een groot beeldscherm waarop elektrocardiogramachtige signalen worden weergegeven. Deze signalen bewijzen dat gezonde hersencellen reageren op input van computers in de buurt.
"Kortom, ze leren," zei Kagan.
Kagan en zijn team lanceerden het eerste commerciële biocomputingplatform, CL1, tijdens een internationale technologietop in Barcelona, Spanje. In het apparaat staan honderdduizenden in het laboratorium gekweekte neuronen op het punt te exploderen, met aantallen ergens tussen die in de hersenen van mieren en kakkerlakken. Hoewel het zelfs voor makers als Dr. Kagan moeilijk is om de specifieke toepassingen van deze hersencellen te voorspellen, is hij blij dat andere onderzoekers en technologiebedrijven meer mogelijkheden gaan onderzoeken: “Er zijn veel mogelijkheden.”
De in Melbourne gevestigde start-up heeft al naam gemaakt op het gebied van biocomputing. In 2022 trainden ze met succes neuronen in een petrischaaltje om de videogame 'Ping Pong' te spelen. Dr. Kagan onthulde dat deze technologie in de toekomst gebruikt kan worden voor 'ziektemodellering of medicijntesten'. Maar hun uiteindelijke doel is om deze kleine verzamelingen neuronen te gebruiken om een biologische kunstmatige intelligentie te ontwikkelen. Dit is ook de focus van hun presentatie op deze conferentie.
Andere wetenschappers die op aanverwante terreinen werkzaam zijn, wijzen erop dat systemen als CL1 weliswaar enkele toepassingen hebben en leuk zijn om in teams mee te werken, maar dat de technologie beperkingen kent.
Wat is "biologische kunstmatige intelligentie"?
Het idee achter het CL1-systeem is dat, aangezien bedrijven als Google en OpenAI kunstmatige intelligentie proberen te ontwikkelen die als hersenen werkt, waarom niet gewoon de basisbouwstenen van de hersenen, neuronen, zouden worden gebruikt om dit doel te bereiken? Dr. Kagan zei: "Het enige met 'algemene intelligentie' zijn de biologische hersenen." Hij benadrukte dat neuronale netwerken gebouwd in petrischalen zoals het CL1-systeem geen kunstmatige intelligentie zijn op de manier van ChatGPT of DALL-E. Dr. Kagan heeft ook relatief lage verwachtingen van de toekomstige mogelijkheden van dergelijke systemen. “We proberen niet de taken te vervangen waar AI momenteel in uitblinkt”, zei hij.
Dr. Kagan is echter van mening dat de inherente kenmerken van neuronen geschikter zijn voor speciale scenario's zoals medisch onderzoek. Allereerst is het energieverbruik zeer laag. Momenteel verbruiken traditionele kunstmatige-intelligentiemodellen veel energie om resultaten te produceren, terwijl het CL1-systeem slechts op een paar watt werkt. Ten tweede zei Dr. Kagan dat de hersenen heel snel leren: "Mensen, muizen, katten en zelfs vogels kunnen complexe beslissingen afleiden uit kleine hoeveelheden gegevens. Dit is de tekortkoming van de bestaande kunstmatige intelligentie."
Hoe “Dishbrain” het spel leerde spelen
Het CL1-systeem is niet groot, ongeveer zo groot als een schoenendoos. Een groot deel van het systeem is ontworpen om neuronen in leven te houden en te huisvesten. Neuronen stellen hoge eisen aan de leefomgeving. Het systeem moet regelmatig afval verwijderen, voedingsstoffen aanvullen en de invasie van ongewenste micro-organismen voorkomen. Maar het meest cruciale onderdeel is de chip, een klein apparaatje op basis van silicium waaraan honderdduizenden in het laboratorium gekweekte, onderling verbonden menselijke hersenneuronen zijn bevestigd.
Deze neuronen worden geproduceerd door bloedcellen om te zetten in geïnduceerde stamcellen door middel van herprogrammering van technologie in een laboratoriumomgeving en ze vervolgens te cultiveren tot neuronen. Dr. Kagan zei: "Deze cellen zijn afkomstig van bloedmonsters die door vrijwilligers zijn afgenomen. De hoeveelheid verzameld bloed is gelijk aan een normaal lichamelijk onderzoek, maar de getransformeerde neuronen kunnen een synaptisch netwerk op de chip tot stand brengen."
De chip 'traint' neuronen door kleine hoeveelheden willekeurige of regelmatige signalen af te geven: correcte reacties resulteren in geordende feedback, fouten veroorzaken chaotische stimulatie. Na een periode van training beginnen de neuronen te leren beoordelen wat de juiste reactie is. Het is dit mechanisme waarmee het door CorticalLabs ontwikkelde systeem van de eerste generatie, Dishbrain, het spel "Ping Pong" kan leren spelen. Hoewel het slagingspercentage slechts iets beter was dan het toeval, was het al beter dan een systeem dat alleen stimulatie kreeg maar geen feedback. Sindsdien heeft CorticalLabs het systeem voortdurend bijgewerkt, en er is ook ondersteunende software en hardware uitgebracht voor het cultiveren van neuronen en het verbeteren van de nauwkeurigheid.
hersencellen die bij onderzoek worden gebruikt
Hoewel het een primeur is om neuronen Ping Pong te laten spelen, kweken wetenschappers al jaren kleine aggregaten van neuronen, hersenorganoïden genaamd, voor gebruik bij het testen van medicijnen of het bestuderen van de vorming van het menselijk brein. Ernst Wolvetang, een bioloog van de Universiteit van Queensland die zich al lang bezighoudt met stamcelonderzoek, is van mening dat de neuronenaggregaten die door CorticalLabs worden gebruikt relatief eenvoudig zijn. CorticalLabs gebruikt tweedimensionale neuronenaggregaten om neuronen op de chip te plaatsen, terwijl het laboratorium van professor Wolwetang driedimensionale hersenorganoïden gebruikt, die "meer celtypen bevatten en het neuronennetwerk complexer en geavanceerder is."
Ondanks de verschillen in technologiepaden werkt professor Wolwetang nog steeds samen met de start-up en is hij van mening dat beide partijen complementaire voordelen hebben. "In eerste instantie vroegen we ons af hoe tweedimensionale neurale netwerken zo snel konden leren", zei hij, "maar CorticalLabs ontwikkelde niet alleen geavanceerde neuroncultuurapparatuur, maar ontwierp ook software en analysemethoden om het leervermogen te verifiëren."
Professor Wolweitang is van plan de in zijn laboratorium gekweekte driedimensionale hersenorganoïden ter grootte van een linze te verbinden met het software- en hardwaresysteem ontwikkeld door CorticalLabs om te verifiëren of dit driedimensionale orgaan een leermechanisme heeft dat gelijkwaardig is aan een tweedimensionaal neuraal netwerk. Zodra bewezen is dat de door hem ontwikkelde hersenorganoïden het vermogen hebben om te leren, gaat professor Wolweitang diepgaand onderzoek doen naar de impact van neurodegeneratieve ziekten op de geheugenfunctie van hersenorganoïden. Maar hij heeft bedenkingen bij het gelijkstellen van de rekenkracht van neuronen in een petrischaaltje aan AI: "Ik begrijp deze manier van denken, deze menselijke neurale netwerken leren tenslotte met een verbazingwekkende snelheid. Maar "Ping Pong" leren is één ding, complexe beslissingen nemen is iets anders. Ik reserveer een oordeel in dit stadium. "
Ethische kwesties in een petrischaaltje
Stamcelonderzoeker Silvia Velasco van het Murdoch Children's Research Institute gebruikt hersenorganoïden om de vorming van de menselijke hersenschors te bestuderen. Ze zei: "De hersenschors weerspiegelt het beste het unieke karakter van het menselijk brein, en de structuur en ontwikkelingspatronen ervan variëren aanzienlijk tussen soorten." Ze voegde eraan toe: "Als wetenschapper die zich bezighoudt met onderzoek naar hersenorganoïden, denk ik vaak na over de ethische kwesties die uit dit werk kunnen voortkomen."
Veel wetenschappers op dit gebied en het CorticalLabs-team zijn zich er terdege van bewust dat hun onderzoek gevoelig ligt. Hoewel de hersenorganoïden die momenteel worden gebruikt verre van een echt brein zijn, bestaan er zorgen dat grotere neurale netwerken in de toekomst bewustzijn of zelfbewustzijn zouden kunnen produceren, en misschien zelfs hersenachtige capaciteiten zouden kunnen verwerven. "Op dit moment denk ik dat deze bezorgdheid ongegrond is. Het zou een groot verlies zijn als we geen systeem zouden gebruiken dat potentieel ernstige hersenziekten zou kunnen genezen," zei Velasco. "Maar we moeten de potentiële problemen die kunnen voortvloeien uit het gebruik van deze modellen evalueren en erop anticiperen."
Dr. Kagan erkent deze zorgen, maar is van mening dat het vakgebied nog in de kinderschoenen staat en dat het moeilijk is om ethische grenzen te voorspellen. "Daar kunnen we geen antwoord op geven, dus werken we met veel bio-ethici samen", zei hij. "De onafhankelijke hersencelsystemen die we bouwen zijn als circuits en kunnen worden gebruikt als dat nodig is. Ze zullen niet de kenmerken van bewustzijn hebben. We zullen testen en evalueren, en als er risico's zijn, zullen we het ontwerp aanpassen om ze te vermijden."