Des étapes significatives vers l’intelligence organoïde sont prises

Intelligence artificielle (IA) est devenue un terme familier dans le monde technologique aujourd’hui, façonnant de nombreux aspects de notre quotidien. Cependant, une nouvelle frontière émerge dans le domaine scientifique – l’Intelligence Organoïde (OI) – qui, bien que moins reconnue que l’IA, possède un potentiel remarquable. Mais qu’est‑ce exactement que l’Intelligence Organoïde, et pourquoi suscite‑t‑elle l’attention dans les milieux scientifiques ?

Le Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) définit l’Intelligence Organoïde comme un « effort collectif visant à promouvoir l’utilisation d’organes cérébraux – de petites masses sphériques de tissu cérébral cultivées à partir de cellules souches – pour le calcul, la recherche de médicaments et comme modèle permettant d’étudier à petite échelle le fonctionnement d’un cerveau complet ».

L’organisation souligne également deux recherches révolutionnaires qui ont rendu le développement des organoïdes possible. Nous aborderons ces recherches sous peu. Mais avant cela, nous approfondirons la perception de la communauté scientifique quant au potentiel de l’Intelligence Organoïde. 

Une équipe de chercheurs préoccupés estime que les systèmes de biocomputation basés sur l’OI permettront une prise de décision plus rapide. Ils aideront à apprendre en continu pendant les tâches et introduiront une plus grande efficacité énergétique et de données dans le processus. Ils contribueraient également à comprendre la physiopathologie de maladies développementales et dégénératives sévères telles que la démence. Il est évident qu’ils aideront également le traitement de ces maladies en identifiant de nouvelles approches thérapeutiques. 

Compte tenu de l’immense capacité de l’OI à faire le bien, plusieurs initiatives significatives en faveur de l’Intelligence Organoïde (OI) sont entreprises. Nous les examinerons dans les prochains segments. Mais nous commencerons par les deux recherches révolutionnaires sur le développement des organoïdes déjà mentionnées. 

Organoïdes dérivés de cellules souches pluripotentes induites

Les organoïdes dérivés d’IPSC ont fait l’objet de discussions lors de la pandémie de COVID‑19. Un article scientifique a détaillé les organoïdes dérivés d’IPSC pour les voies respiratoires, le cerveau, les intestins, le foie, les vaisseaux sanguins, les reins, l’oreille interne, etc. Étant donné cette variété, notre discussion se concentrera désormais spécifiquement sur les organoïdes cérébraux.

L’article énumère trois points cruciaux :

• Pour la première fois, des scientifiques ont développé des organoïdes cérébraux en utilisant la différenciation spontanée de corps embryonnaires (EB).
• Les premiers organoïdes cérébraux étaient très hétérogènes. 
• Cette hétérogénéité a conduit les chercheurs à développer des organoïdes cérébraux spécifiques à des régions en influençant des voies de signalisation particulières. 

Une autre recherche qui a favorisé le développement des organoïdes portait sur les techniques de culture cellulaire 3D. 

Culture cellulaire 3D

La motivation derrière le développement des techniques de culture cellulaire 3D découlait des insuffisances observées dans la culture des cellules en deux dimensions. Les pratiques et méthodes de culture cellulaire bidimensionnelle ne parviennent pas à reproduire l’anatomie ou la physiologie des tissus pour des études informatives ou utiles.

Les techniques de culture cellulaire 3D, en revanche, se rapprochent davantage de la physiologie animale et humaine. Et à mesure qu’elles mûrissent, elles aideront à concevoir et développer des co‑cultures. Ces techniques pourraient s’avérer utiles pour l’ingénierie de tissus destinés à la délivrance clinique et pour le développement de modèles de criblage de médicaments.

De telles avancées dans la culture cellulaire 3D sont également essentielles pour la recherche autour des organoïdes dérivés d’IPSC et de l’intelligence organoïde. Les IPSC, par exemple, peuvent se différencier en n’importe quelle cellule du corps d’un animal. 

Les techniques de culture 3D et les méthodes de scaffolding 3D, en particulier, aident les biologistes à faire croître les tissus neuronaux dérivés d’IPSC verticalement et horizontalement, ouvrant la voie au développement des réseaux inter‑neuroniques observés dans le cerveau d’un animal.

Reproduire ce réseau complexe permet d’approfondir l’intelligence organoïde et de développer des méthodes plus sophistiquées.

Calcul de réservoir d’organoïdes cérébraux pour l’IA

Recherche publiée dans la revue Nature Electronics souligne les réalisations enregistrées dans le matériel de calcul inspiré du cerveau qui émule la structure et les principes de fonctionnement du cerveau. Les chercheurs estiment que ce développement pourrait répondre aux limitations actuelles de l’IA. 

La recherche, en particulier, rapporte une approche matérielle d’IA qui exploite le calcul de réservoir adaptatif de réseaux neuronaux biologiques dans un organoïde cérébral. L’approche porte le nom de Brainoware. Elle repose sur l’exécution de calculs en envoyant et en recevant des informations depuis l’organoïde cérébral via une matrice d’électrodes à haute densité. 

Synthèse de semi‑conducteurs organiques : ouvrir de nouveaux horizons pour des dispositifs électroniques super‑efficaces

Une équipe de chercheurs du département de chimie de l’UNIST a ouvert l’espace à de nouvelles opportunités d’innovation en réalisant une percée dans la synthèse de semi‑conducteurs organiques. Les chercheurs ont rapporté la synthèse et la caractérisation d’un dérivé d’anthracène B2N2 avec une unité BNBN formée par conversion de l’unité BOBN au bord en zigzag. Les résultats devraient aider à développer des anthracènes plus grands contenant plusieurs unités BN qui auront de nombreuses applications en électronique organique. 

Selon Songhua Jeong, premier auteur de cette étude :

« Notre étude sur l’anthracène, un type d’anthracène largement reconnu comme semi‑conducteur organique, a jeté les bases des futures avancées dans le domaine. »

M. Jeong a ajouté : 

« La liaison BN continue synthétisée grâce à cette recherche possède un grand potentiel d’applications dans les semi‑conducteurs organiques. »

Avec ces recherches diverses ouvrant des voies pour que l’intelligence organoïde prospère, les experts du domaine affirment que l’intelligence organoïde pourrait devenir suffisamment puissante pour alimenter nos ordinateurs à l’avenir. 

Un avenir qui ne semble plus irréaliste apparaît, où des cellules cérébrales cultivées en laboratoire stockeraient et récupéreraient de grandes quantités de données avec des exigences énergétiques réduites. Avec une mise à l’échelle supplémentaire, ces solutions pourraient même développer une conscience capable de penser ou de ressentir par elles‑mêmes. 

Intelligence organoïde : ateliers et financement

Divers efforts sont en cours pour approfondir le potentiel de l’intelligence organoïde. 

Du 22 au 24 février 2022, l’Université Johns Hopkins a organisé le premier atelier d’intelligence organoïde. Le but était de former une communauté OI et de poser les bases de l’établissement de l’OI en tant que nouvelle discipline scientifique. La motivation de l’atelier venait de la conviction que l’OI pourrait radicalement transformer le calcul, la recherche neurologique et le développement de médicaments. 

Une validation supplémentaire du potentiel de l’OI est survenue lorsque la Direction de l’ingénierie du National Science Foundation (NSF) des États‑Unis a prévu une nouvelle zone pour le programme Emerging Frontiers in Research and Innovation (EFRI) en FY 2024, intitulée ‘Engineering Organoid Intelligence’. 

Le NSF est connu pour soutenir la recherche scientifique et technique ainsi que les personnes qui y sont liées en fournissant des installations, des instruments et des financements. Le NSF disposait d’un budget de 9,5 milliards de dollars US en exercice 2023. Ces fonds atteignent les cinquante États des États‑Unis via des subventions accordées à près de 2 000 collèges, universités et institutions. 

Le sujet « Engineering Organoid Intelligence » vise à soutenir la recherche fondamentale sur le développement d’ordinateurs biologiques conçus à partir d’organoïdes cérébraux. Le NSF estime que les cultures d’organoïdes auront bientôt des interfaces avec l’électronique pour fournir des entrées et exporter des sorties vers des systèmes numériques externes.  

En plus des universités, des instituts de recherche et des départements gouvernementaux, de nombreuses entreprises se sont engagées à faire progresser l’intelligence organoïde. Nous examinerons maintenant quelques‑unes de ces entreprises et leurs initiatives. 

#1. Final Spark

Fondée par Martin Kutter et Fred Jordan en 2014 et basée en Suisse, Final Spark prône les processeurs biologiques qui consomment beaucoup moins d’énergie. 

Selon la startup, elle a déjà testé 10 millions de neurones dans son effort de créer des machines pensantes à partir de neurones humains vivants dérivés de la peau. 

La startup exploite des techniques sophistiquées de culture cellulaire pour démontrer la capacité de calcul auto‑suffisante en vue de la création de futurs modèles d’IA. 

#2. BiologiC et NVIDIA

BiologiC Technologies, une société basée à Cambridge, Royaume‑Uni, est connue pour ses biordinateurs, que l’entreprise définit comme une « plateforme de bioprocédés automatisée, programmable et reconfigurable pour de multiples applications biologiques ». 

L’architecture matérielle brevetée de la solution comporte quatre modules principaux :

• Le noyau de routage avancé aide à transporter les liquides et les biogaz à travers le système. 
• Le bloc d’entrée et de sortie aide à contrôler le chargement des matières premières et la sortie du produit biologique final. 
• Le modèle BPU aide aux activités de bioprocédés telles que la croissance cellulaire, la transcription in‑vitro, etc. 
• Enfin, le module cœur capteur assure la surveillance en temps réel de l’environnement du bioprocédé. 

Le 13 mars 2023, BiologiC Technologies a rejoint NVIDIA (NVDA ) Inception, un programme qui aidera BiologiC à intégrer le edge computing et l’IA dans ses biordinateurs. Cette intégration permettra finalement aux biordinateurs de BiologiC d’apporter des améliorations révolutionnaires à leurs installations de traitement biologique et de réduire la menace des maladies de manière durable, accessible et abordable. 

Selon les informations disponibles, CPI Enterprises a investi dans BiologiC. CPI investit dans les deep‑tech à fort potentiel pour permettre aux entreprises de se développer rapidement, jouant à la fois le rôle d’investisseur et de fournisseur de soutien technique. 

Selon Frank Millar, directeur général de CPI : 

« Ayant collaboré étroitement pendant une longue période, nous sommes impressionnés par la rapidité d’exécution et la traction commerciale de BiologIC. Nous voyons de forts avantages dans le système de bi‑ordinateur de BiologIC et la capacité d’augmenter la productivité bioprocessus par rapport à la concurrence du secteur. »

Le 21 novembre 2023, NVIDIA a annoncé un chiffre d’affaires pour le troisième trimestre clôturé le 29 octobre 2023, de 18,12 milliards de dollars, en hausse de 206 % par rapport à l’année précédente et de 34 % par rapport au trimestre précédent. 

#3. BioMap et MBUZAI : efforts conjoints pour créer un laboratoire de biocomputation 

Le 14 mars 2023, BioMap a conclu une collaboration stratégique avec l’Université Mohamed bin Zayed d’Intelligence Artificielle (MBZUAI) afin d’introduire le premier laboratoire de recherche en innovation biocomputationnelle au Moyen‑Orient et de répondre aux besoins des scénarios de sciences de la vie dans la région. 

La coopération explorerait le modèle de biocomputation cross‑modal de BioMap, xTrimo (Cross‑model Transformer Representation of Interactome and Multi‑Omics), afin d’obtenir des modèles à grande échelle en sciences de la vie pour la génération de protéines, la prédiction de structures protéiques, la prédiction de fonctions cellulaires et d’autres tâches en sciences de la vie. 

L’accent sera mis sur la réalisation de percées dans les protéines générées par IA (AIGP) afin de répondre aux besoins du Moyen‑Orient en matière de santé médicale, de conception de médicaments, d’énergie et de protection de l’environnement. 

En plus de la conception de protéines, les capacités de BioMap aideront également à obtenir de solides capacités de caractérisation cellulaire, une modélisation précise inédite des cellules immunitaires, et plus encore. 

Co‑fondée par le PDG de Baidu, Robin Li, BioMap aide à combiner les meilleures capacités d’IA et de biotechnologie pour résoudre les problèmes les plus cruciaux de l’industrie des sciences de la vie, tels que la découverte de cibles, la conception de médicaments de novo et l’optimisation d’enzymes. 

La startup chinoise de calcul biologique a levé plus de 100 millions de dollars US lors d’un financement de série A, selon des rapports publiés en août 2021. Le tour a été mené par CGV Capital. D’autres investisseurs comprenaient Baidu, Legend Capital, Bluerun Ventures et Xianghe Capital. 

Quelle direction prend l’OI ?

Il ne fait aucun doute que l’OI a captivé l’imagination de la communauté scientifique. Des entreprises technologiques sophistiquées et des esprits brillants investissent également des ressources. La façon dont l’avenir se dessinera pour l’OI dépendra toutefois de quelques aspects cruciaux liés à sa nature de développement. 

Le succès de l’OI en tant qu’innovation technologique révolutionnaire dépendra de la rapidité, de l’efficacité et de la puissance qu’elle pourra atteindre comparée au calcul basé sur le silicium et à l’IA. De plus, des normes accrues de vitesse, d’efficacité et de puissance devront exiger moins d’énergie pour la rendre plus attrayante et rentable. 

À l’avenir, l’OI devra devenir véritablement multidisciplinaire, car il s’agit d’un exercice hautement complexe et délicat d’étendre les organoïdes cérébraux actuels en structures 3D durables. Ces structures seront remplies de cellules et de gènes qui aideront les humains à apprendre de nouvelles choses complexes. 

De plus, la conception des biordinateurs idéaux nécessitera de connecter ces organoïdes à des dispositifs d’entrée et de sortie de pointe, en particulier des dispositifs électroniques équipés de systèmes d’IA et d’apprentissage automatique haut de gamme. 

Les chercheurs du domaine estiment qu’il est essentiel de développer de nouveaux modèles, algorithmes et technologies d’interface afin d’établir une communication efficace et significative avec ces organoïdes cérébraux. Pour que la sortie soit de classe mondiale, les créateurs doivent comprendre comment ils apprennent, calculent, traitent et stockent les données. 

L’étendue des données, comme déjà indiqué, sera massive et immense en volume. 

Dans la période intermédiaire, la recherche sur l’OI aidera également à améliorer notre compréhension du fonctionnement du cerveau et de son réseau neurologique profond et complexe. Ces connaissances aideront à mieux traiter les patients souffrant de maladies neurologiques. 

Enfin, reproduire les capacités d’un cerveau humain en laboratoire pourrait devenir une réalisation aux conséquences colossales. Le potentiel d’abus pourrait être considérable. Par conséquent, dès les premiers jours, la communauté scientifique doit veiller à ce que la recherche et le développement autour de l’OI restent très sensibles aux systèmes éthiques de notre société. Le cadre éthique doit être au moins un paradigme déterminant pour que l’OI prospère à l’avenir. 

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