Νοημοσύνη οργανοειδών: η ερευνητική πρόταση του 2023 και οι δυνατότητές της

Αυτό το άρθρο παρουσιάζει τη νοημοσύνη οργανοειδών (OI) όπως προτάθηκε το 2023. Εκτός από την κβαντική υπολογιστική, μια άλλη ερευνητική προσέγγιση είναι η αξιοποίηση καλλιεργειών νευρικών κυττάρων για υπολογιστικές λειτουργίες.

Ο νόμος του Μουρ είναι μια παρατήρηση για την αύξηση του αριθμού των τρανζίστορ σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Η αρχική πρόβλεψη του 1965 αφορούσε ετήσιο διπλασιασμό και αναθεωρήθηκε το 1975 σε περίπου δύο χρόνια. Δεν εγγυάται ότι το κόστος κάθε κυκλώματος υποδιπλασιάζεται. Η κατανάλωση, η θερμότητα, η κατασκευή και οι φυσικοί περιορισμοί δυσκολεύουν τη συνεχή σμίκρυνση.

Οι δυσκολίες αυτές ενθαρρύνουν εναλλακτικές υπολογιστικές αρχιτεκτονικές. Δεν αποδεικνύουν όμως ότι η συμβατική υπολογιστική θα σταματήσει να προοδεύει μέσα σε συγκεκριμένη δεκαετία ή ότι η OI θα την αντικαταστήσει αναπόφευκτα.

Τι είναι η νοημοσύνη οργανοειδών;

Η ιδέα και οι δυνατότητες της OI αναπτύχθηκαν το 2023 από μια διεπιστημονική ομάδα με ερευνητές του Πανεπιστημίου Johns Hopkins. Η πρόταση αφορά βιολογικούς υπολογισμούς με τρισδιάστατες καλλιέργειες ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων, τα εγκεφαλικά οργανοειδή, και τεχνολογίες διασύνδεσης με ηλεκτρονικά συστήματα.

Η OI είναι ένα προτεινόμενο υβριδικό πεδίο: βιολογικά συστήματα συνδέονται με αισθητήρες, ηλεκτρόδια και υπολογιστές, ώστε να δέχονται ερεθίσματα και ανατροφοδότηση για συγκεκριμένες εργασίες και μορφές μάθησης.

Το 2023 οι προηγμένες εφαρμογές θεωρούνταν ακόμη μακροπρόθεσμος στόχος, ενδεχομένως πολλών δεκαετιών, χωρίς βέβαιο χρονοδιάγραμμα. Η πρόταση βασιζόταν σε προγενέστερη έρευνα για καλλιέργειες κυττάρων και εργαστηριακά αναπτυγμένους ιστούς.

Ένα σχετικό πείραμα δημοσιεύτηκε το 2022 από την ομάδα του Brett Kagan στην Cortical Labs και συνεργάτες. Στο σύστημα DishBrain, καλλιέργειες ανθρώπινων ή ποντικών νευρώνων συνδέθηκαν με ηλεκτρόδια και ένα προσομοιωμένο περιβάλλον Pong. Οι ερευνητές έδειξαν προσαρμογή της δραστηριότητας των καλλιεργημένων κυττάρων και βελτίωση της επίδοσης με ανατροφοδότηση. Επρόκειτο για δισδιάστατες καλλιέργειες, όχι τρισδιάστατα οργανοειδή, και όχι για επίδειξη ανθρώπινης συνείδησης. Δεν ήταν αποκλειστικά πείραμα του UCL.

Γιατί να αναπτυχθεί η OI;

Η έρευνα εξετάζει αν βιολογικά και ηλεκτρονικά συστήματα μπορούν να συμπληρώνουν το ένα το άλλο. Ο εγκέφαλος μαθαίνει και επεξεργάζεται σύνθετα ερεθίσματα με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, ενώ οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές εκτελούν αριθμητικές πράξεις με μεγάλη ταχύτητα. Αυτή η σύγκριση δεν αποδεικνύει γενική υπεροχή της μιας προσέγγισης.

Ο Thomas Hartung χρησιμοποίησε τον υπερυπολογιστή Frontier για να αναδείξει το ζήτημα της ενεργειακής αποδοτικότητας. Τα επαληθεύσιμα στοιχεία είναι ότι ο Frontier βρίσκεται στο Oak Ridge National Laboratory του Τενεσί, όχι στο Κεντάκι. Το σύστημα κόστους περίπου 600 εκατομμυρίων δολαρίων κατέγραψε επίδοση κλίμακας exascale τον Μάιο του 2022 και καταλαμβάνει περίπου 6.800 τετραγωνικά πόδια. Η σύγκριση με την υπολογιστική ικανότητα ενός ανθρώπινου εγκεφάλου και η αναλογία ενέργειας ενός εκατομμυρίου δεν αποτελούν ενιαία, άμεσα συγκρίσιμη μέτρηση.

Η OI θα μπορούσε να προσφέρει νέους τρόπους μάθησης και επεξεργασίας πληροφοριών με διαφορετική ενεργειακή απόδοση. Το 2023 αυτό ήταν ερευνητική δυνατότητα, όχι απόδειξη ότι θα ήταν ταχύτερη ή εξυπνότερη από κάθε υπάρχον σύστημα. Η πρόοδος των υπολογιστών δεν εξαρτάται αποκλειστικά από την επιτυχία της.

Ένας στόχος ήταν η ανάπτυξη πιο σταθερών και μεγαλύτερων οργανοειδών. Η ανακοίνωση του Johns Hopkins το 2023 περιέγραφε συγκεκριμένα εργαστηριακά οργανοειδή με περίπου 50.000 κύτταρα, όχι όλα τα οργανοειδή γενικά. Για πιο σύνθετες λειτουργίες θα χρειάζονταν κλιμάκωση, καλύτερη διασύνδεση και νέες μέθοδοι εκπαίδευσης. Η μηχανική μάθηση θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάλυση και τον σχεδιασμό αυτών των συστημάτων.

Πιθανές εφαρμογές

Ας φανταστούμε ένα μελλοντικό σενάριο, για παράδειγμα το 2050, στο οποίο η OI έχει εξελιχθεί σε χρήσιμη τεχνολογία. Πρόκειται για υποθετικό παράδειγμα, όχι επιβεβαιωμένη πρόβλεψη. Ποια πεδία θα μπορούσαν να ωφεληθούν από την έρευνα;

Μελέτη νευρολογικών και νευροαναπτυξιακών καταστάσεων

Η μελέτη οργανοειδών θα μπορούσε να βοηθήσει στην κατανόηση μηχανισμών που σχετίζονται με τη νόσο Αλτσχάιμερ, τη σχιζοφρένεια και τον αυτισμό. Αυτές δεν είναι όλες ίδιου τύπου καταστάσεις: ο αυτισμός είναι νευροαναπτυξιακή κατάσταση, όχι απλώς μια γενική «νευρολογική βλάβη».

Καλύτερα εργαστηριακά μοντέλα μπορεί επίσης να υποστηρίξουν τη μελέτη φαρμάκων και παρεμβάσεων. Αυτό δεν συνεπάγεται ότι η OI έχει ήδη προσφέρει αποτελεσματικές θεραπείες για αυτές τις καταστάσεις.

Πρόσληψη, ερμηνεία και ενσωμάτωση πληροφοριών

Η έρευνα μπορεί ακόμη να διευρύνει την κατανόηση της ανάπτυξης και της λειτουργίας του εγκεφάλου, εξετάζοντας πώς:

• λαμβάνει πληροφορίες
• ερμηνεύει πληροφορίες
• ενσωματώνει νέες πληροφορίες σε προϋπάρχουσες γνώσεις

Η καλύτερη κατανόηση αυτών των μηχανισμών μπορεί να συμβάλει στην έρευνα για τη μάθηση και την εκπαίδευση. Η εφαρμογή των ευρημάτων στην ανθρώπινη ζωή απαιτεί επιπλέον τεκμηρίωση.

Ζητήματα προς εξέταση

Η καλλιέργεια και διέγερση εγκεφαλικών κυττάρων εγείρει επιστημονικά και ηθικά ερωτήματα. Χρειάζεται να ξεχωρίζουμε τις τεκμηριωμένες ανησυχίες από τα υποθετικά μελλοντικά σενάρια.

Η τεχνολογική μοναδικότητα

Η «μοναδικότητα» είναι μια υποθετική ιδέα για τεχνολογική ανάπτυξη που θα ξεπερνούσε τον ανθρώπινο έλεγχο. Δεν αποτελεί αποτέλεσμα των πειραμάτων OI ούτε βεβαιωμένη συνέπεια της ανάπτυξής τους. Η αναφορά στο 2050 εδώ είναι σενάριο του άρθρου.

Ο Ray Kurzweil συζητά αυτή την ιδέα στο βιβλίο του ‘The Singularity is Near’ και τοποθετεί τη δική του πρόβλεψη περίπου στο 2045. Πρόκειται για πρόβλεψη του συγγραφέα, όχι επιστημονική απόδειξη για την OI ή για αυτοσυνείδηση σε κυτταρικές καλλιέργειες.

Η μυθοπλασία συχνά παρουσιάζει τεχνολογίες με αυτοσυνείδηση ως απειλητικές. Τέτοιες ιστορίες εκφράζουν ανησυχίες για τον έλεγχο και την αλλαγή, αλλά δεν αποτελούν τεκμήρια για τη συμπεριφορά πραγματικών συστημάτων.

Ηθική

Καθώς τα οργανοειδή γίνονται πιο σύνθετα, χρειάζεται συνεχής εξέταση της ηθικής τους κατάστασης, πιθανών ενδείξεων αισθαντικότητας και των ορίων των πειραμάτων. Η πρόταση OI του 2023 ζητούσε συμμετοχή ερευνητών, ειδικών ηθικής και του κοινού σε όλη την ανάπτυξη, μαζί με προστασία της συναίνεσης και των δεδομένων των δοτών. Η απλή απόκριση σε ερεθίσματα δεν ταυτίζεται με ανθρώπινη συνείδηση.

Κλείνοντας

Το 2023 η OI ήταν ένα διαμορφούμενο διεπιστημονικό ερευνητικό πρόγραμμα, όχι έτοιμη γενικού σκοπού υπολογιστική τεχνολογία. Οι δυνατότητες για μελέτη του εγκεφάλου και νέους τρόπους υπολογισμού ήταν σημαντικές, αλλά απαιτούσαν περαιτέρω πειράματα, τεχνική ανάπτυξη και ηθική αξιολόγηση.