ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस की दिशा में सार्थक कदम उठाए जा रहे हैं

कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) आज तकनीकी दुनिया में एक परिचित शब्द बन गया है, जो हमारे दैनिक जीवन के कई पहलुओं को आकार देता है। हालांकि, विज्ञान के क्षेत्र में एक नई सीमा उभर रही है – ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस (OI) – जो, यद्यपि AI जितनी व्यापक रूप से पहचानी नहीं गई है, लेकिन उल्लेखनीय संभावनाएँ रखती है। लेकिन ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस वास्तव में क्या है, और यह वैज्ञानिक समुदाय में क्यों चर्चा का विषय बन रहा है?

The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस को इस प्रकार परिभाषित करता है: “ब्रेन ऑर्गैनॉइड्स—स्टेम सेल्स से उगाए गए छोटे गोलाकार मस्तिष्क ऊतक—के उपयोग को बढ़ावा देने के लिए एक सामूहिक प्रयास, जिसका उपयोग गणना, दवा अनुसंधान, और एक मॉडल के रूप में किया जाता है ताकि छोटे पैमाने पर यह समझा जा सके कि एक पूर्ण मस्तिष्क कैसे कार्य कर सकता है।”

संस्था यह भी बताती है कि दो प्रमुख अनुसंधान breakthroughs ने ऑर्गैनॉइड्स के विकास को संभव बनाया है। हम इन शोधों पर बाद में चर्चा करेंगे। लेकिन उसके पहले, हम यह समझने के लिए गहराई से देखेंगे कि वैज्ञानिक समुदाय ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस की संभावनाओं को कैसे देखता है। 

एक चिंतित शोधकर्ता समूह का मानना है कि OI-आधारित बायोकम्प्यूटिंग सिस्टम तेज़ निर्णय‑निर्धारण की अनुमति देंगे। यह कार्यों के दौरान निरंतर सीखने में मदद करेगा और प्रक्रिया में ऊर्जा तथा डेटा दक्षता को बढ़ाएगा। यह डिमेंशिया जैसी गंभीर विकासात्मक और अपक्षयी रोगों के पाथोफिज़ियोलॉजी को समझने में भी मदद करेगा। स्वाभाविक रूप से, यह इन रोगों के उपचार में नई चिकित्सीय विधियों की पहचान करके सहायता करेगा। 

OI की अत्यधिक क्षमता को देखते हुए, ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस (OI) की दिशा में कई सार्थक कदम उठाए जा रहे हैं। हम उन्हें आने वाले भागों में देखेंगे। लेकिन हम पहले उन दो breakthrough शोधों से शुरू करेंगे जिनका हमने पहले उल्लेख किया था। 

इंड्यूस्ड प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल‑डेराइव्ड ऑर्गैनॉइड्स

IPSC‑डेराइव्ड ऑर्गैनॉइड्स COVID‑19 महामारी के दौरान चर्चा में आए। एक वैज्ञानिक शोध पत्र ने IPSC‑डेराइव्ड एयरवे ऑर्गैनॉइड्स, ब्रेन ऑर्गैनॉइड्स, इंटेस्टाइनल ऑर्गैनॉइड्स, लिवर ऑर्गैनॉइड्स, रक्त वाहिका ऑर्गैनॉइड्स, किडनी ऑर्गैनॉइड्स, इंटीरियर ऑर्गैनॉइड्स आदि के विवरण सूचीबद्ध किए। इस विविधता को देखते हुए, हमारी चर्चा अब विशेष रूप से ब्रेन ऑर्गैनॉइड्स पर केंद्रित होगी।

पेपर में तीन महत्वपूर्ण बिंदु बताए गए हैं: 

• पहली बार, वैज्ञानिकों ने एम्ब्रायड बॉडीज़ (EBs) के स्वस्फूर्त विभेदन का उपयोग करके ब्रेन ऑर्गैनॉइड्स विकसित किए।
• पहले ब्रेन ऑर्गैनॉइड्स अत्यधिक विषम थे। 
• विषमता ने शोधकर्ताओं को विशिष्ट सिग्नलिंग पाथवे को प्रभावित करके क्षेत्र‑विशिष्ट ब्रेन ऑर्गैनॉइड्स विकसित करने के लिए प्रेरित किया। 

ऑर्गैनॉइड विकास में मदद करने वाला एक अन्य शोध 3D‑सेल‑कल्चर तकनीकों के आसपास था। 

3D सेल कल्चर

2‑डायमेंशन में कोशिकाओं को कल्चर करने में देखी गई कमियों के कारण 3D सेल कल्चर तकनीकों के विकास की प्रेरणा उत्पन्न हुई। दो‑आयामी सेल कल्चर प्रथाएँ और विधियाँ टिश्यू की शारीरिक या शारीरिक संरचना को पुनः उत्पन्न करने में विफल रहती हैं, जिससे अध्ययन उपयोगी नहीं रहता।

दूसरी ओर, 3D सेल कल्चर तकनीकें पशु और मानव शारीरिक विज्ञान के अधिक निकट हैं। जैसे-जैसे ये परिपक्व होती हैं, वे को‑कल्चर डिज़ाइन और विकास में मदद करेंगी। ये तकनीकें क्लिनिकल डिलीवरी के लिए टिश्यू इंजीनियरिंग और दवा स्क्रीनिंग मॉडल विकसित करने में उपयोगी साबित हो सकती हैं।

ऐसे उन्नयन 3D सेल कल्चर में IPSC‑डेराइव्ड ऑर्गैनॉइड्स और ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस के शोध में भी महत्वपूर्ण हैं। उदाहरण के लिए, IPSC किसी भी पशु के शरीर में पाए जाने वाले किसी भी सेल में विकसित हो सकता है। 

विशेष रूप से, 3D कल्चर तकनीकें और 3D‑स्कैफ़ोल्डिंग विधियाँ बायोलॉजिस्टों को IPSC‑डेराइव्ड न्यूरल टिश्यू को ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज रूप से उगाने में मदद करती हैं, जिससे पशु के मस्तिष्क में देखी गई इंटरन्यूरोनल नेटवर्क विकसित करने का मार्ग प्रशस्त होता है।

इस जटिल नेटवर्क की प्रतिकृति बनाना ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस में गहराई से प्रवेश करने और अधिक परिष्कृत विधियों को विकसित करने में मदद करता है।

ब्रेन ऑर्गैनॉइड रिज़र्वॉयर कंप्यूटिंग फॉर AI

प्रकाशित शोध जर्नल Nature Electronics में यह दर्शाता है कि मस्तिष्क‑प्रेरित कंप्यूटिंग हार्डवेयर ने मस्तिष्क की संरचना और कार्य सिद्धांतों की नकल करके कौन‑से उपलब्धियां हासिल की हैं। शोधकर्ता मानते हैं कि यह विकास AI की वर्तमान सीमाओं को दूर करने की क्षमता रखता है। 

विशेष रूप से, यह शोध एक AI हार्डवेयर दृष्टिकोण की रिपोर्ट करता है जो जैविक न्यूरल नेटवर्क की अनुकूली रिज़र्वॉयर कंप्यूटेशन को एक ब्रेन ऑर्गैनॉइड में उपयोग करता है। इस दृष्टिकोण का नाम “Brainoware” है। यह उच्च‑घनत्व मल्टी‑इलेक्ट्रोड एरे के माध्यम से ब्रेन ऑर्गैनॉइड को सूचना भेजने और प्राप्त करने के द्वारा गणना करता है। 

ऑर्गेनिक सेमीकंडक्टर संश्लेषण: सुपर‑इफ़िशिएंट इलेक्ट्रॉनिक डिवाइसों के लिए नई संभावनाओं का उद्घाटन

A team of researchers UNIST के केमिस्ट्री विभाग में ने ऑर्गेनिक सेमीकंडक्टर संश्लेषण में एक breakthrough हासिल किया, जिससे नवाचार के अवसरों के लिए स्थान और अधिक खुला। शोधकर्ताओं ने B2N2 एन्थ्रासीन डेरिवेटिव का संश्लेषण और विशेषता बताई, जिसमें ज़िगज़ैग किनारे पर BOBN यूनिट को परिवर्तित करके BNBN यूनिट बनायी गयी। इन निष्कर्षों से कई BN यूनिट वाले बड़े एन्थ्रासीन विकसित करने में मदद मिलेगी, जिनके ऑर्गेनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में कई अनुप्रयोग होंगे। 

Songhua Jeong, इस अध्ययन के प्रथम लेखक, के अनुसार:

“हमारा एन्थ्रासीन पर अध्ययन, जो एक व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त ऑर्गेनिक सेमीकंडक्टर है, भविष्य में इस क्षेत्र में प्रगति के लिए आधार तैयार कर चुका है।”

Mr Jeong आगे कहते हैं: 

“इस शोध के माध्यम से संश्लेषित निरंतर BN बंधन ऑर्गेनिक सेमीकंडक्टर में अनुप्रयोगों के लिए बड़ी संभावनाएँ रखता है।”

विविध शोधों के साथ ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस के विकास के मार्ग खुल रहे हैं, और इस क्षेत्र के विशेषज्ञ कहते हैं कि भविष्य में ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस हमारे कंप्यूटरों को शक्ति प्रदान करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हो सकता है। 

अब ऐसा भविष्य असंभव नहीं लग रहा, जहाँ लैब‑उगाए मस्तिष्क कोशिकाएँ बड़ी मात्रा में डेटा को कम ऊर्जा की मांग के साथ संग्रहीत और पुनः प्राप्त कर सकें। आगे स्केल‑अप के साथ, ये समाधान स्वयं की चेतना विकसित कर सकते हैं, जिससे वे सोच या महसूस कर सकें। 

ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस: कार्यशालाएँ और फंडिंग

ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस की संभावनाओं पर आगे विचार करने के लिए विविध प्रयास चल रहे हैं। 

22 से 24 फरवरी, 2022 के बीच, John Hopkins University ने पहला ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस कार्यशाला आयोजित की। इसका उद्देश्य OI समुदाय बनाना और OI को एक नई वैज्ञानिक शाखा के रूप में स्थापित करने की नींव तैयार करना था। कार्यशाला का प्रेरणा स्रोत यह विश्वास था कि OI कंप्यूटिंग, न्यूरोलॉजिकल रिसर्च और दवा विकास को मूल रूप से बदल सकता है। 

OI की संभावनाओं की आगे पुष्टि तब हुई जब United States National Science Foundation की Directorate for Engineering ने FY 2024 के लिए Emerging Frontiers in Research and Innovation (EFRI) कार्यक्रम में एक नया क्षेत्र योजना बनाया, जिसे ‘Engineering Organoid Intelligence‘ कहा गया। 

NSF विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान तथा उससे जुड़े लोगों को सुविधाएँ, उपकरण और फंडिंग प्रदान करके समर्थन करने के लिए जाना जाता है। FY 2023 में NSF का बजट US$9.5 बिलियन था। ये फंड लगभग 2,000 कॉलेज, विश्वविद्यालय और संस्थानों को दिए गए अनुदानों के माध्यम से संयुक्त राज्य के सभी पचास राज्यों में पहुँचते हैं। 

‘Engineering Organoid Intelligence’ विषय का उद्देश्य ब्रेन ऑर्गैनॉइड्स के माध्यम से निर्मित बायोकम्प्यूटर्स के विकास पर मूलभूत शोध को समर्थन देना है। NSF का मानना था कि ऑर्गैनॉइड कल्चर जल्द ही इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ इंटरफ़ेस स्थापित करेंगे, जिससे इनपुट प्रदान किया जा सके और बाहरी डिजिटल सिस्टम को आउटपुट निर्यात किया जा सके।  

विश्वविद्यालयों, शोध संस्थानों और सरकारी विभागों के अलावा, कई कंपनियों ने भी ऑर्गैनॉइड इंटेलिजेंस को आगे बढ़ाने का काम लिया है। अब हम कुछ ऐसी कंपनियों और उनके प्रयासों को देखेंगे। 

#1. Final Spark

2014 में मार्टिन कुटर और फ्रेड जॉर्डन द्वारा स्विट्ज़रलैंड में स्थापित Final Spark जैविक चिप प्रोसेसरों की वकालत करता है जो बहुत कम ऊर्जा का उपभोग करते हैं। 

स्टार्ट‑अप के अनुसार, उसने पहले ही 10 मिलियन न्यूरॉन्स का परीक्षण किया है, ताकि त्वचा से प्राप्त जीवित मानव न्यूरॉन्स से सोचने वाली मशीनें बनाई जा सकें। 

स्टार्ट‑अप उन्नत सेल‑कल्चर तकनीकों का उपयोग करके भविष्य के AI मॉडलों के निर्माण के लिए स्व‑सतत कंप्यूटिंग क्षमता प्रदर्शित कर रहा है। 

#2. BiologiC और NVIDIA

BiologiC Technologies, जो Cambridge, UK में स्थित है, अपने बायोकम्प्यूटर्स के लिए जानी जाती है, जिन्हें कंपनी “कई जैविक अनुप्रयोगों के लिए स्वचालित, प्रोग्रामेबल और पुनः‑कॉन्फ़िगरेबल बायो‑प्रोसेसिंग प्लेटफ़ॉर्म” के रूप में परिभाषित करती है। 

समाधान की पेटेंटेड हार्डवेयर आर्किटेक्चर में चार मुख्य मॉड्यूल हैं: 

• उन्नत रूटिंग कोर तरल और बायोगैस को सिस्टम के भीतर ले जाने में मदद करता है। 
• इनपुट और आउटपुट ब्लॉक कच्चे माल के लोडिंग और अंतिम बायो‑प्रोडक्ट के आउटपुट को नियंत्रित करता है। 
• BPU मॉडल सेल ग्रोथ, इन‑विट्रो ट्रांसक्रिप्शन आदि जैसी बायो‑प्रोसेसिंग गतिविधियों में मदद करता है। 
• अंत में, सेंसर कोर मॉड्यूल बायो‑प्रोसेस पर्यावरण की रीयल‑टाइम निगरानी करता है। 

13 मार्च, 2023 को, BiologiC Technologies ने NVIDIA (NVDA ) Inception में शामिल हुआ, एक कार्यक्रम जो BiologiC को अपने बायोकम्प्यूटर्स में एज कंप्यूटिंग और AI को एकीकृत करने में मदद करेगा। यह एकीकरण अंततः BiologiC के बायोकम्प्यूटर्स को उनके बायोलॉजी प्रोसेसिंग सुविधाओं में क्रांतिकारी सुधार लाने और रोगों के खतरे को सतत, सुलभ और किफायती तरीके से कम करने में मदद करेगा। 

उपलब्ध जानकारी के अनुसार, CPI Enterprises ने BiologiC में निवेश किया। CPI तेज़ी से स्केल‑अप करने वाली हाई‑पोटेंशियल डीप‑टेक कंपनियों में निवेश करता है, और निवेशक तथा तकनीकी समर्थन प्रदाता दोनों की भूमिका निभाता है। 

CPI के मुख्य कार्यकारी Frank Millar के अनुसार: 

“लंबे समय तक निकट सहयोग करने के बाद, हम BiologIC की कार्यान्वयन गति और व्यावसायिक आकर्षण से प्रभावित हैं। हमें BiologIC के बायो‑कम्प्यूटर सिस्टम में मजबूत लाभ दिखते हैं और यह सेक्टर में प्रतिस्पर्धियों की तुलना में बायो‑प्रोसेस उत्पादकता को बढ़ाने की क्षमता रखता है।”

21 नवंबर, 2023 को, NVIDIA ने राजस्व की रिपोर्ट की तीसरे तिमाही (समाप्त 29 अक्टूबर, 2023) के लिए $18.12 बिलियन, जो पिछले वर्ष से 206 % और पिछले तिमाही से 34 % अधिक है।

#3. BioMap और MBUZAI: बायोकम्प्यूटिंग लैब बनाने के लिए संयुक्त प्रयास 

14 मार्च, 2023 को, BioMap ने strategic collaboration Mohamed bin Zayed University of Artificial Intelligence (MBZUAI) के साथ किया, जिससे मध्य पूर्व में पहला बायोकम्प्यूटिंग नवाचार अनुसंधान प्रयोगशाला स्थापित हुई और क्षेत्र की लाइफ़ साइंस आवश्यकताओं को पूरा किया गया। 

यह सहयोग BioMap के क्रॉस‑मॉडल बायो‑कम्प्यूटिंग मॉडल, xTrimo (Cross‑model Transformer Representation of Interactome and Multi‑Omics), को बड़े‑पैमाने पर लाइफ़ साइंस मॉडल, जैसे प्रोटीन जेनरेशन, प्रोटीन स्ट्रक्चर प्रेडिक्शन, सेल फ़ंक्शन प्रेडिक्शन आदि में लागू करने का लक्ष्य रखेगा। 

ध्यान AI‑जनित प्रोटीन (AIGP) में breakthroughs हासिल करने पर रहेगा, जिससे मध्य पूर्व की मेडिकल हेल्थ, ड्रग डिज़ाइन, ऊर्जा और पर्यावरण संरक्षण की जरूरतों को पूरा किया जा सके।

प्रोटीन डिज़ाइन के अलावा, BioMap की क्षमताएँ मजबूत सेल कैरेक्टराइज़ेशन, इम्यून सेल्स की पहली बार सटीक मॉडलिंग, और अधिक में मदद करेंगी। 

Baidu के CEO Robin Li द्वारा सह‑स्थापित BioMap, बेस्ट‑इन‑क्लास AI और biotech क्षमताओं को मिलाकर लाइफ़ साइंस उद्योग की सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं—जैसे टार्गेट डिस्कवरी, डी‑नॉवो ड्रग डिज़ाइन, और एंजाइम ऑप्टिमाइज़ेशन—से लड़ता है।

यह चीनी बायोलॉजिकल कंप्यूटिंग स्टार्ट‑अप Series A फंडिंग में US$100 मिलियन से अधिक जुटाया, जैसा कि अगस्त 2021 में प्रकाशित रिपोर्टों में बताया गया। इस राउंड का नेतृत्व CGV Capital ने किया। अन्य निवेशकों में Baidu, Legend Capital, Bluerun Ventures, और Xianghe Capital शामिल थे।

OI किस दिशा में अग्रसर है?

निस्संदेह, OI ने वैज्ञानिक समुदाय की कल्पना को पकड़ लिया है। परिष्कृत तकनीकी कंपनियों और दिमागों ने भी संसाधन निवेश किए हैं। भविष्य में OI का स्वरूप कई महत्वपूर्ण पहलुओं पर निर्भर करेगा जो इसके विकासात्मक स्वभाव से जुड़े हैं। 

OI की सफलता एक क्रांतिकारी तकनीकी नवाचार के रूप में इस बात पर निर्भर करेगी कि यह सिलिकॉन‑आधारित कंप्यूटिंग और AI की तुलना में कितनी तेज़, कुशल और शक्तिशाली बनता है। इसके अलावा, गति, दक्षता और शक्ति के मानकों को ऊर्जा की कम मांग के साथ होना चाहिए ताकि यह अधिक आकर्षक और लागत‑प्रभावी बन सके। 

भविष्य में, OI को वास्तव में बहु‑विषयक बनना होगा क्योंकि वर्तमान में ब्रेन ऑर्गैनॉइड्स को टिकाऊ 3D संरचनाओं में स्केल‑अप करना एक अत्यंत जटिल कार्य है। ये संरचनाएँ कोशिकाओं और जीनों से भरपूर होंगी जो मनुष्यों को नई, जटिल चीजें सीखने में मदद करेंगी। 

इसके अलावा, आदर्श बायोकम्प्यूटर्स को इन ऑर्गैनॉइड्स को अत्याधुनिक इनपुट और आउटपुट डिवाइसों, विशेषकर उच्च‑स्तरीय AI और मशीन लर्निंग सिस्टम से सुसज्जित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से जोड़ना होगा। 

क्षेत्र के शोधकर्ता मानते हैं कि इन ब्रेन ऑर्गैनॉइड्स के साथ प्रभावी और सार्थक संचार स्थापित करने के लिए नए और परिष्कृत मॉडल, एल्गोरिदम और इंटरफ़ेस तकनीकों की बड़ी आवश्यकता है। आउटपुट को बेस्ट‑इन‑क्लास बनाने के लिए निर्माताओं को यह समझना होगा कि वे कैसे सीखते, गणना करते, प्रक्रिया करते और डेटा संग्रहीत करते हैं। 

डेटा की सीमा, जैसा कि पहले ही स्पष्ट हो चुका है, मात्रा में विशाल और अत्यधिक होगी। 

अंतरिम अवधि में, OI शोध मस्तिष्क और उसकी गहरी, जटिल न्यूरोलॉजिकल नेटवर्क के कार्य को समझने में भी मदद करेगा। यह समझ रोगियों के लिए बेहतर उपचार प्रदान करने में सहायक होगी जो न्यूरोलॉजिकल रोगों से पीड़ित हैं।

अंत में, प्रयोगशाला में मानव मस्तिष्क की क्षमताओं की प्रतिकृति बनाना एक ऐसा उपलब्धि बन सकता है जिसके परिणाम अत्यधिक बड़े हों। दुरुपयोग की संभावना भी काफी अधिक हो सकती है। इसलिए, शुरुआती दिनों से ही, वैज्ञानिक समुदाय को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि OI के आसपास का शोध और विकास हमारे समाज की नैतिक प्रणालियों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील रहे। नैतिक ढांचा OI के भविष्य में फलने‑फूलने के लिए एक परिभाषित पैराडाइम से कम नहीं होना चाहिए। 

सबसे आशाजनक बायोटेक स्टॉक्स की सूची के लिए यहाँ क्लिक करें।