בשנת 2022 ערכה קבוצת חוקרים אוסטרלים סימולציה בסיסית של משחק ארקייד בשם 'פונג'. אף אחד מהחוקרים לא שלט במחבט הווירטואלי, אך לאחר כמה החטאות החל המחבט לנוע מעלה ומטה בכוחות עצמו ולחבוט בכדור.
המשחק הדו־ממדי חובר לאשכול של תאי מוח של בני אדם ושל עכברים שגודלו על צלחת פטרי. באמצעות מערך רב־אלקטרודות לימדו החוקרים את התאים היכן נמצא הכדור, ונתנו להם גמול בדמות גירוי חשמלי לאחר חבטה מוצלחת. בתוך כחמש דקות למדו התאים את פעולת החבטה ושיחקו במשחק ללא כל התערבות אנושית.
"ההצלחה האחרונה של מודלי שפה גדולים (LLMs) נבעה מהניסיון לדמות תהליכים המתרחשים במוח", אומר ברט קגן, המדען הראשי ב־Cortical Labs – סטארט־אפ שצמח מתוך ניסוי זה. "כל מכונה מתקדמת אינה ניתנת להבחנה מהביולוגיה האנושית, אז למה שלא נשתמש בביולוגיה עצמה כדי לייצר אינטיליגנציה?"
לנה סמירנובה, פרופסור לבריאות הציבור באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, מסבירה: "הניסוי הוכיח שנוירונים מסוגלים ללמוד ולהגיב למשוב בזמן אמת, אפילו בצלחת פטרי". כשנה לאחר מכן הציגה סמירנובה יחד עם חוקרים נוספים את חזונה ל'אינטליגנציה אורגנואידית' – תחום מדעי מתפתח המתמקד בתרביות של תאי מוח, בלמידה מדוגמאות מעטות, בהסתגלות בזמן אמת ובשימוש יעיל באנרגיה, כסוג חדש של מחשוב ביולוגי.
לממשק בין תאי מוח למחשבים עשויות להיות השלכות מרחיקות לכת: הוא עשוי להפחית משמעותית את צריכת האנרגיה הדרושה להפעלת בינה מלאכותית ולחולל מהפכה ברפואה. הטכנולוגיה כבר יצרה תעשייה חדשה ורווחית שמדענים ממנפים לפריצות דרך, אך במקביל עולות שאלות מורכבות הקשורות בתודעה ובהשלכות האתיות של שימוש ברקמה חיה שיכולה לחוש כאב.
מחשבים חיים
המכשירים שבהם אנו משתמשים כיום פועלים באמצעות שבבים, שבתוכם חרוטים מיליארדי טרנזיסטורים זעירים המסודרים בשערים לוגיים. כל שבב יכול לקבל עד שני ביטים כקלט, ואז להעביר קדימה פלט של ביט אחד בלבד. שילוב של מספר רב של שערים כאלה מאפשר לבצע פעולות מורכבות, כמו אלו המשמשות בצ'אטבוטים מבוססי בינה מלאכותית.
תפקוד יחידות האורגנואידים במוח מזכיר את פעולת שבב הסיליקון המסורתי. בתוך כל אורגנואיד גדלים נוירונים בשלושה ממדים, היוצרים קשרים באמצעות סינפסות. מכיוון שאין חיווט קבוע שמגביל אותם, הרשת מתארגנת ומתפתחת כל הזמן תוך כדי למידה. נוירונים מסוגלים להעביר מידע בו־זמנית באמצעות פולסים חשמליים ואותות כימיים, בניגוד ללוגיקה הנוקשה של מחשב רגיל הפועל צעד אחר צעד ."לא מדובר במעגל קבוע של מחשב, אלא ברשת שמסתגלת כל העת", מוסיפה סמירנובה.
המוח האנושי אדפטיבי מטבעו ויעיל בצורה יוצאת דופן מבחינה אנרגטית. כך למשל, אימון מודל גנרטיבי כמו GPT-3 של OpenAI דורש צריכת חשמל של כמעט 1,300 מגה־ואט־שעה – כמות החשמל שצורכים כ־130 בתים בארה"ב. המוח האנושי, לעומת זאת, צורך שבריר מזערי מכך – בערך כמו מנורה רגילה – כדי לבצע משימה דומה. מחקר מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס מצביע על כך שמחשב ביולוגי עשוי להפחית את צריכת האנרגיה של בינה מלאכותית "פי מיליון עד עשרה מיליארד".
"פיתוח אורגנואידים גדולים עבור רשתות עצביות חסכוניות באנרגיה יכול לאפשר הפעלה של מודלים מורכבים של למידה עמוקה בלי להשפיע בצורה משמעותית על שינויי האקלים", אומר ד"ר בן וורד־שרייר, חוקר למדעי המוח החישוביים מאוניברסיטת בריסטול.
שימוש במעבדים ביולוגיים
זה כבר לא חלום באספמיה: שורה של סטארט־אפים מיהרה לבנות "מחשבים חיים" בקנה מידה מסחרי.
לדוגמה, פלטפורמת ניורופלטפורם (Neuroplatform) של חברתFinalSpark השווייצרית מאפשרת לכל אחד להריץ ניסויים מרחוק על אשכול אורגנואידים בעלות של 1,000 דולר לחודש. המתקן שלה מאחסן אלפי יחידות עיבוד, וכל אורגנואיד מחובר לשמונה אלקטרודות המקושרות למחשב רגיל. באמצעות תוכנת החברה, חוקרים יכולים לכתוב תוכניות שמגרות חשמלית את הנוירונים, לעקוב אחר תגובתם ואף לחשוף אותם לנוירוטרנסמיטורים המעוררים תחושת עונג – דופמין וסרוטונין – כדי לאמן אותם בביצוע משימות חישוביות.
לצד השכרת מחשבים ביולוגיים בענן, חברת Cortical Labs החלה למכור יחידות עיבוד ביולוגיות תמורת 35,000 דולר כל אחת. היחידות נראות כמו אביזרים מסרט מדע בדיוני: מיכל גדול מזכוכית וממתכת שבו נמצאות כל מערכות התמיכה – מסינון פסולת ועד בקרת טמפרטורה – הדרושות לשמירה על תאי מוח אנושיים בחיים במשך שישה חודשים.
במהלך השנתיים האחרונות ניצלו חוקרים את המחשבים הביולוגיים הללו כדי לחקור פריצות דרך.
כך למשל, ד"ר וורד־שרייר משלב אורגנואידים בתוך רובוטים בתור המוח שלהם, כך שהם יכולים ללמוד תוך כדי תנועה. הצוות שלו השתמש באורגנואידים של פלטפורמת ניורופלטפורם כדי לפתח מערכת הקוראת תווי ברייל בדיוק של 83 אחוזים. המידע המרחבי של כל אות מקודד לפולסים חשמליים מסוימים, שהנוירונים מסוגלים לזהות.
בהמשך הצוות מתכנן להשתמש באורגנואידים כדי ללמד רובוטים לבצע פקודות מוטוריות על בסיס אירועים ומצבים שונים – למשל, מגע עם חפץ ומעקב אחר קווי המתאר שלו באמצעות זרוע רובוטית. מיומנות זו עשויה בעתיד לאפשר לרובוט להבין טוב יותר עם מה הוא בא במגע.
דרך בטוחה ואנושית יותר לבדיקת תרופות
לדברי סמירנובה, היא וצוותה ימשיכו להשתמש באורגנואידים כדי להבין ולטפל טוב יותר במצבים נוירולוגיים. אף שאורגנואידים עדיין אינם מתקדמים דיים כדי לחשב מידע מורכב, חוקרים עשויים לגדל בקרוב אורגנואידים מתאי גזע של מטופל ולבדוק כיצד תרופה מסוימת משפיעה על הנוירונים שלו, או לסרוק ספרייה של כימיקלים כדי לבחון השפעות נוירוטוקסיות – וכל זאת בלי לערב בעלי חיים.
קייל וודג'ווד, פרופסור במכון למערכות חיים באוניברסיטת אקסטר, עושה בדיוק את זה: הוא ממנף את ניורופלטפורם כדי למצוא דרכים לשקם את הזיכרון במצבים כמו מחלת אלצהיימר. "עבודה זו תניח את היסודות לביוטכנולוגיה חכמה וניתנת להשתלה שתסייע בהפחתת מחלות ניווניות", מוסיף וודג'ווד.
ככל ש'מוחות קטנים' אלה שגודלו במעבדה נעשים מורכבים יותר, מדענים מתלבטים גם בשאלות של תודעה ואתיקה – מתי אורגנואיד נחשב לבעל הכרה ומה המשמעות של הפעלת קולטני הכאב שלהם.
סמירנובה מקדימה תרופה למכה וכבר החלה לעבוד על יצירת מסגרות אתיות – בדומה לאלו הנהוגות במחקר בבעלי חיים – הכוללות ועדות ביקורת וניסוח פרוטוקולים למניעת סבל. המשמעות היא קביעת מגבלות על גיל האורגנואיד, סוגי הניסויים המותרים, מקור התאים ואופן ייצורם, ובמקרה שמדובר בתאים אנושיים – שימוש אחראי בהסכמת התורם.
"בשורה התחתונה, אנחנו ממשיכים בזהירות רבה ועם התחשבות עמוקה בכל הסיכונים, הרבה לפני שמשהו כמו רקמת מוח בעלת תבונה יוכל להפוך למציאות", מסכמת סמירנובה.
