خطوات ذات معنى نحو الذكاء العضوي تُتخذ

الذكاء الاصطناعي (AI) أصبح مصطلحًا مألوفًا في عالم التكنولوجيا اليوم، حيث يشكل العديد من جوانب حياتنا اليومية. ومع ذلك، هناك جبهة جديدة تظهر في مجال العلوم – الذكاء العضوي (OI) – والذي، رغم أنه ليس معروفًا على نطاق واسع مثل الذكاء الاصطناعي، يحمل إمكانات رائعة. لكن ما هو الذكاء العضوي بالضبط، ولماذا يجذب الانتباه في الأوساط العلمية؟

تعرف معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) الذكاء العضوي بأنه “جهد جماعي للترويج لاستخدام العضويات الدماغية—كتل كروية صغيرة من نسيج الدماغ تُزرع من الخلايا الجذعية—في الحوسبة، أبحاث الأدوية، وكنموذج لدراسة كيفية عمل دماغ كامل على نطاق صغير”.

تشير المنظمة أيضًا إلى بحثين رائدين جعلا تطوير العضويات ممكنًا. سنعود إلى تلك الأبحاث بعد قليل. ولكن قبل ذلك، سنغوص أعمق لفهم ما يعتقده المجتمع العلمي حول إمكانات الذكاء العضوي.

يعتقد فريق من الباحثين القلقين أن أنظمة الحوسبة الحيوية القائمة على الذكاء العضوي ستمكن من اتخاذ قرارات أسرع. سيساعد ذلك على التعلم المستمر أثناء المهام وإدخال كفاءة أعلى في الطاقة والبيانات إلى العملية. كما سيساعد على فهم الفسيولوجيا المرضية وراء الأمراض التنموية والتنكسية الضارة بشدة مثل الخرف. ومن المفهوم أن ذلك سيسهم أيضًا في علاج هذه الأمراض من خلال تحديد أساليب علاجية جديدة.

نظرًا للقدرة الهائلة للذكاء العضوي على تحقيق الخير، تُتخذ خطوات ذات معنى متعددة نحو الذكاء العضوي (OI). سنستعرضها في الفقرات القادمة. ولكن سنبدأ بالبحثين الرائدين في تطوير العضويات الذين ذكرناهما بالفعل.

العضويات المستمدة من الخلايا الجذعية المتعددة القدرات المستحثة

ظهرت العضويات المستمدة من الخلايا الجذعية المتعددة القدرات (IPSC) في المناقشات خلال تفشي جائحة كوفيد-19. سردت ورقة بحثية علمية تفاصيل حول العضويات المستمدة من IPSC للمجاري الهوائية، والعضويات الدماغية، والعضويات المعوية، والعضويات الكبدية، وعضويات الأوعية الدموية، وعضويات الكلى، وعضويات الأذن الداخلية، وغيرها. نظرًا لهذا التنوع، سنركز الآن على جزء العضويات الدماغية تحديدًا.

تسرد الورقة ثلاث نقاط حاسمة:

• للمرة الأولى، طور العلماء عضويات دماغية باستخدام التمايز التلقائي لأجسام الجنين (EBs).
• كانت العضويات الدماغية الأولى شديدة التباين.
• أدى هذا التباين إلى تطوير الباحثين عضويات دماغية مخصصة إقليميًا من خلال التأثير على مسارات إشارات محددة.

بحث آخر ساهم في تطوير العضويات كان حول تقنيات زراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد.

زراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد

انبعث الدافع وراء تطوير تقنيات زراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد من القصور الذي لوحظ في زراعة الخلايا في بُعدين. فممارسات وأساليب الزراعة ثنائية الأبعاد تفشل في إعادة إنتاج تشريح أو فسيولوجيا النسيج للدراسة المفيدة أو المفيدة.

تقنيات زراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد – من ناحية أخرى – أقرب إلى فسيولوجيا الحيوانات والبشر. ومع نضوجها، ستساعد في تصميم وتطوير الزراعة المشتركة. قد تكون هذه التقنيات مفيدة في هندسة الأنسجة للتسليم السريري وتطوير نماذج لفحص الأدوية.

مثل هذه التطورات في زراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد حاسمة أيضًا في الأبحاث المتعلقة بالعضويات المستمدة من IPSC والذكاء العضوي. فمثلاً، يمكن للخلايا الجذعية المتعددة القدرات (IPSC) أن تتطور إلى أي خلية موجودة في جسم الحيوان.

تقنيات الزراعة ثلاثية الأبعاد وطرق الدعائم ثلاثية الأبعاد، على وجه الخصوص، تساعد العلماء على نمو الأنسجة العصبية المستمدة من IPSC عموديًا وأفقيًا، مما يمهد الطريق لتطوير الشبكات العصبية الداخلية التي تُلاحظ في دماغ الحيوان.

إن تكرار هذه الشبكة المعقدة يساعد على التعمق في الذكاء العضوي وتطوير أساليب أكثر تطورًا.

الحوسبة الاحتياطية للعضويات الدماغية للذكاء الاصطناعي

البحث المنشور في مجلة Nature Electronics يشير إلى الإنجازات المسجلة في الأجهزة الحاسوبية المستوحاة من الدماغ والتي تحاكي بنية ومبادئ عمل الدماغ. يعتقد الباحثون أن هذا التطور لديه القدرة على معالجة القيود الحالية للذكاء الاصطناعي.

يُبلغ البحث، على وجه الخصوص، عن نهج في الأجهزة الذكائية يستفيد من الحوسبة الاحتياطية التكيفية للشبكات العصبية الحيوية داخل عضوية دماغية. يُطلق على هذا النهج اسم Brainoware. يتمحور حول إجراء الحسابات عن طريق إرسال واستقبال المعلومات من العضوية الدماغية عبر مصفوفة متعددة الأقطاب عالية الكثافة.

تحليل أشباه الموصلات العضوية: فتح آفاق جديدة للأجهزة الإلكترونية فائقة الكفاءة

قامت فريق من الباحثين في قسم الكيمياء بجامعة UNIST بتهيئة المجال لمزيد من فرص الابتكار محققين اختراقًا في تحليل أشباه الموصلات العضوية. أفاد الباحثون عن تخليق وتوصيف مشتق الأنثراسين B2N2 مع وحدة BNBN التي تشكلت بتحويل وحدة BOBN عند الحافة المتعرجة. من المتوقع أن تساعد هذه النتائج في تطوير أكينات أكبر تحتوي على وحدات BN متعددة والتي سيكون لها العديد من التطبيقات في الإلكترونيات العضوية.

وفقًا لسونغ هوا جونغ، المؤلف الأول لهذه الدراسة:

“دراستنا حول الأنثراسين، وهو نوع من الأكينات يُعترف به على نطاق واسع كأشباه موصل عضوي، وضعت الأساس للتطورات المستقبلية في هذا المجال.”

وتابع السيد جونغ قائلاً: 

“الرابطة المستمرة للـ BN التي تم تخليقها من خلال هذا البحث تحمل إمكانات كبيرة لتطبيقات في أشباه الموصلات العضوية.”

مع تنوع الأبحاث التي تفتح سبلًا لازدهار الذكاء العضوي، يقول الخبراء في هذا المجال إن الذكاء العضوي قد يصبح قويًا بما يكفي لتشغيل حواسيبنا في المستقبل.

لم يعد المستقبل يبدو غير واقعي، حيث يمكن للخلايا الدماغية التي تُزرع في المختبر أن تخزن وتسترجع كميات كبيرة من البيانات مع طلبات طاقة أقل. ومع تحقيق مزيد من التوسيع، قد تطور هذه الحلول وعيًا لتفكير أو شعور ذاتي.

الذكاء العضوي: ورش العمل والتمويل

تُبذل جهود متنوعة حاليًا للتفكير بشكل أعمق في إمكانات الذكاء العضوي.

بين 22 و24 فبراير 2022، أقامت جامعة جون هوبكنز أول ورشة عمل الذكاء العضوي. كان الهدف تشكيل مجتمع OI ووضع الأساس لتأسيس OI كعلم جديد. جاء الدافع وراء الورشة من الإيمان بأن OI يمكن أن يغيّر جذريًا الحوسبة، أبحاث الأعصاب، وتطوير الأدوية.

جاء تأكيد إضافي لإمكانات OI عندما خططت إدارة الهندسة في المؤسسة الوطنية للعلوم الأمريكية (NSF) لإضافة مجال جديد لبرنامج الحدود الناشئة في البحث والابتكار (EFRI) للعام المالي 2024، وأُطلق عليه “هندسة الذكاء العضوي”.

تُعرف NSF بدعمها للبحوث العلمية والهندسية والأشخاص المرتبطين بها من خلال توفير المرافق، الأدوات، والتمويل. كان لدى NSF ميزانية قدرها 9.5 مليار دولار أمريكي في السنة المالية 2023. تصل هذه الأموال إلى جميع الولايات الخمسين في الولايات المتحدة عبر منح تُمنح لما يقرب من 2000 كلية، جامعة، ومؤسسة.

يهدف موضوع “هندسة الذكاء العضوي” إلى دعم البحوث الأساسية حول تطوير الحواسيب الحيوية الهندسية عبر العضويات الدماغية. اعتقدت NSF أن زراعات العضويات ستصبح قريبًا ذات واجهات مع الإلكترونيات لتقديم المدخلات وتصدير المخرجات إلى الأنظمة الرقمية الخارجية.

إلى جانب الجامعات، والمؤسسات البحثية، والدوائر الحكومية، تولت العديد من الشركات مهمة تعزيز الذكاء العضوي. سنستعرض الآن بعض هذه الشركات ومبادراتها.

#1. Final Spark

تأسست شركة Final Spark على يد مارتن كوتر وفريد جوردان في عام 2014 ومقرها في سويسرا، وتدافع عن معالجات الشرائح البيولوجية التي تستهلك طاقة أقل بكثير.

كما تدعي الشركة الناشئة، فقد اختبرت 10 مليون خلية عصبية بالفعل في سعيها لبناء آلات تفكير من خلايا عصبية بشرية حية مستمدة من الجلد.

تستفيد الشركة الناشئة من تقنيات زراعة الخلايا المتقدمة لإظهار قدرة الحوسبة الذاتية المستدامة لإنشاء نماذج الذكاء الاصطناعي المستقبلية.

#2. BiologiC و NVIDIA

BiologiC Technologies، شركة مقرها في كامبريدج، المملكة المتحدة، معروفة بحواسيبها الحيوية، والتي تعرفها الشركة بأنها “منصة معالجة حيوية آلية قابلة للبرمجة وإعادة التكوين لتطبيقات بيولوجية متعددة”.

تتضمن بنية الأجهزة الحاصلة على براءة اختراع أربعة وحدات أساسية:

• يساعد نواة التوجيه المتقدمة في نقل السوائل والغازات الحيوية عبر النظام.
• يساعد وحدة الإدخال والإخراج في التحكم بتحميل المواد الخام وإخراج المنتج الحيوي النهائي.
• يساعد نموذج BPU في أنشطة المعالجة الحيوية مثل نمو الخلايا، النسخ داخل المختبر، وغيرها.
• أخيرًا، تساعد وحدة المستشعر الأساسية في مراقبة بيئة المعالجة الحيوية في الوقت الحقيقي.

في 13 مارس 2023، انضمت BiologiC Technologies إلى برنامج NVIDIA (NVDA ) Inception، وهو برنامج سيساعد BiologiC على دمج الحوسبة الطرفية والذكاء الاصطناعي في حواسيبها الحيوية. سيساهم هذا الدمج في النهاية في تحقيق تحسينات ثورية في مرافق معالجة البيولوجيا الخاصة بـ BiologiC وتقليل خطر الأمراض بطريقة مستدامة، متاحة، وميسورة التكلفة.

وفقًا للمعلومات المتاحة، CPI Enterprises استثمرت في BiologiC. تستثمر CPI في تقنيات عميقة عالية الإمكانات لتساعد الشركات على التوسع بسرعة، وتلعب دور المستثمر ومزود الدعم الفني في آن واحد.

وفقًا لفرانك ميلار، الرئيس التنفيذي لـ CPI:

“بعد تعاون وثيق على مدى فترة طويلة، نحن معجبون بسرعة التنفيذ وجذب السوق التجاري لـ BiologIC. نرى مزايا قوية في نظام الحوسبة الحيوية لـ BiologIC والقدرة على زيادة إنتاجية المعالجة الحيوية مقارنة بالمنافسين في القطاع.”

في 21 نوفمبر 2023، NVIDIA أبلغت عن إيرادات للربع الثالث المنتهي في 29 أكتوبر 2023 بلغت 18.12 مليار دولار، بزيادة 206٪ عن العام السابق وبزيادة 34٪ عن الربع السابق.

#3. BioMap و MBUZAI: جهود مشتركة لإنشاء مختبر حوسبة حيوية 

في 14 مارس 2023، أبرمت BioMap شراكة استراتيجية مع جامعة محمد بن زايد للذكاء الاصطناعي (MBZUAI) لتقديم أول مختبر أبحاث للابتكار في الحوسبة الحيوية في الشرق الأوسط وتلبية احتياجات سيناريوهات العلوم الحياتية في المنطقة.

ستستكشف التعاون نموذج الحوسبة الحيوية المتعدد الأنماط من BioMap، xTrimo (تمثيل المحول المتقاطع للتفاعل المتعدد والأنوميات)، في تحقيق نماذج علوم حيوية واسعة النطاق في توليد البروتين، توقع بنية البروتين، توقع وظيفة الخلية، وغيرها من مهام العلوم الحياتية.

سيكون التركيز على تحقيق اختراقات في البروتينات المولدة بالذكاء الاصطناعي (AIGP) للمساعدة في تلبية احتياجات الشرق الأوسط في الصحة الطبية، تصميم الأدوية، الطاقة، وحماية البيئة.

إلى جانب تصميم البروتين، ستساعد قدرات BioMap أيضًا في تحقيق قدرات قوية لتوصيف الخلايا، نمذجة دقيقة لأول مرة للخلايا المناعية، وأكثر.

تشارك في تأسيسها الرئيس التنفيذي لشركة بايدو روبن لي، وتساعد BioMap على دمج الذكاء الاصطناعي من الدرجة الأولى وقدرات التقنية الحيوية لمواجهة أهم المشكلات في صناعة العلوم الحياتية، مثل اكتشاف الأهداف، تصميم الأدوية من الصفر، وتحسين الإنزيمات.

قامت شركة الحوسبة الحيوية الصينية الناشئة بجمع أكثر من 100 مليون دولار أمريكي في جولة تمويل السلسلة A، وفقًا لتقارير نُشرت في أغسطس 2021. قاد الجولة CGV Capital. وشملت المستثمرين الآخرين بايدو، Legend Capital، Bluerun Ventures، وXianghe Capital.

إلى أي اتجاه يتجه OI؟

لا شك أن OI قد أسَر خيال المجتمع العلمي. كما تستثمر الشركات التكنولوجية المتطورة والعقول الموارد أيضًا. ومع ذلك، سيعتمد شكل المستقبل لـ OI على عدد قليل من الجوانب الحاسمة المتعلقة بطبيعتها التطويرية.

ستعتمد نجاح OI كابتكار تكنولوجي ثوري على مدى سرعته، كفاءته، وقوته مقارنةً بالحوسبة القائمة على السيليكون والذكاء الاصطناعي. علاوة على ذلك، يجب أن تتضمن معايير محسنة للسرعة والكفاءة والقوة طلبًا أقل للطاقة لجعلها أكثر جاذبية وفعالية من حيث التكلفة.

في المستقبل، يحتاج OI إلى أن يصبح متعدد التخصصات حقًا نظرًا لأنه تمرين معقد ودقيق لتوسيع العضويات الدماغية الحالية إلى هياكل ثلاثية الأبعاد متينة. ستحوي هذه الهياكل خلايا وجينات تساعد البشر على تعلم أشياء جديدة ومعقدة.

علاوة على ذلك، سيتطلب تصميم الحواسيب الحيوية المثالية ربط هذه العضويات بأجهزة إدخال وإخراج متطورة، خصوصًا الإلكترونية المزوَّدة بأنظمة ذكاء اصطناعي وتعلم آلي متقدمة.

يعتقد الباحثون في المجال أن هناك حاجة كبيرة إلى نماذج وخوارزميات وتقنيات واجهة جديدة ومتطورة لإرساء تواصل فعال وذو معنى مع هذه العضويات الدماغية. لجعل المخرجات من الدرجة الأولى، يحتاج المبدعون إلى معرفة كيفية تعلمها، حسابها، معالجتها، وتخزين البيانات.

نطاق البيانات، كما هو واضح بالفعل، سيكون ضخمًا وهائلًا في الحجم.

في الفترة الانتقالية، سيساعد بحث OI أيضًا على تحسين فهمنا لكيفية عمل الدماغ وشبكته العصبية العميقة والمعقدة. سيساهم هذا الفهم في علاج المرضى الذين يعانون من أمراض عصبية بشكل أفضل.

أخيرًا، قد يصبح تكرار قدرات الدماغ البشري في بيئة مختبرية إنجازًا ذو عواقب هائلة. قد يكون احتمال سوء الاستخدام مرتفعًا بشكل كبير. لذلك، من الأيام الأولى، يجب على المجتمع العلمي التأكد من أن البحث والتطوير حول OI يظل حساسًا جدًا لأنظمة الأخلاق في مجتمعنا. يجب أن يكون الإطار الأخلاقي ليس أقل من نموذج تعريف لتفوق OI في المستقبل.

انقر هنا للحصول على قائمة بأكثر أسهم التكنولوجيا الحيوية واعدة.