Organoidintelligens: forskningsprogrammet från 2023 och dess möjligheter

Kvantberäkning beskrivs ofta som ett av framtidens stora språng inom databehandling. År 2023 presenterade forskare också en annan möjlig väg: organoidintelligens (OI).

Moores lag beskriver ökningen av antalet transistorer på en integrerad krets. Gordon Moore förutsåg 1965 ungefär en årlig fördubbling och ändrade 1975 intervallet till omkring två år. Det är ingen allmän regel om att datorpriser halveras. Värme, energiförbrukning och tillverkningens fysiska begränsningar gör fortsatt miniatyrisering svårare.

Dessa begränsningar motiverar forskning om alternativa beräkningssätt. De innebär däremot inte att Moores lag upphör ett visst år eller att OI oundvikligen ersätter kiselbaserade datorer.

Vad är organoidintelligens?

År 2023 utvecklade forskare vid Johns Hopkins University och deras samarbetspartner idén om OI och dess forskningsprogram. De beskrev det som ett framväxande tvärvetenskapligt område för biologisk databehandling med tredimensionella odlingar av mänskliga hjärnceller, så kallade hjärnorganoider, och tekniker som kopplar samman cellodlingar med maskiner.

OI syftar till att förena biologiska cellodlingar med elektroniska gränssnitt som kan ge stimuli och mäta svar. Forskarna undersöker om sådana system kan lära sig och utföra riktade uppgifter.

Avancerade OI-system kan ligga flera årtionden bort. Forskningen bygger på långvariga studier av laboratorieodlad vävnad, men en praktiskt användbar biologisk dator kräver fortfarande stora framsteg.

År 2022 rapporterade Brett Kagan och en forskargrupp vid Cortical Labs med samarbetspartner om DishBrain-experimentet, där laboratorieodlade nervcellskulturer lärde sig att förbättra sin prestation i ett förenklat Pong-spel. Experimentet använde tvådimensionella odlingar av mänskliga nervceller eller musnervceller och en elektrodmatris, inte tredimensionella hjärnorganoider. Det visade inte mänskligt medvetande.

Varför utveckla organoidintelligens?

Biologiska och kiselbaserade system har olika styrkor. Människans hjärna kan lära sig och bearbeta komplex information med relativt låg energiförbrukning, medan dagens datorer utför exakta beräkningar mycket snabbt. OI-forskningen undersöker om biologiskt lärande kan tillföra nya möjligheter till databehandling.

OI-forskaren Thomas Hartung illustrerade skillnader i energiförbrukning genom att jämföra hjärnan med superdatorn Frontier. Frontier finns i Oak Ridge i Tennessee och blev världens snabbaste superdator i maj 2022. Hartung beskrev den som en installation för omkring 600 miljoner dollar med en yta på 6 800 kvadratfot. Hans jämförelse med hjärnans beräkningskapacitet och energiförbrukning var en illustration, inte ett likvärdigt prestandatest som visade att en mänsklig hjärna hade överträffats.

OI skulle kunna erbjuda nya metoder för lärande och beräkningar. Det är dock inte visat att tekniken blir snabbare, smartare eller mer energieffektiv än befintliga datorer i alla uppgifter. Forskningsprogrammet från 2023 lade grunden för fortsatta experiment och möjliga kompletterande tekniker.

En utmaning är att odla större och livskraftiga organoider. De organoider som Hartungs grupp då arbetade med innehöll omkring 50 000 celler; detta gäller inte alla hjärnorganoider. Större system behöver också fungerande näringstillförsel, långvarig överlevnad och metoder för att föra in och läsa ut information. Kiselbaserad AI skulle kunna hjälpa till att utveckla och analysera systemen.

Möjliga användningsområden

Föreställ dig ett framtidsscenario år 2050 där OI har blivit praktiskt användbar teknik. Detta är ett tankeexperiment, inte en prognos för när tekniken blir färdig. Vilka områden skulle biologiska datorer och forskningen bakom dem kunna hjälpa oss att förstå bättre?

Hjärnans sjukdomar och utveckling

Hjärnorganoider skulle kunna hjälpa forskare att studera mekanismer bakom exempelvis Alzheimers sjukdom och schizofreni samt nervsystemets utveckling vid autism. Dessa olika sjukdomar och utvecklingsrelaterade tillstånd ska inte likställas med en enda sorts hjärnskada.

Sådana modeller skulle också kunna stödja läkemedelsutveckling och studier av behandlingseffekter. Det rör sig om möjliga forskningsanvändningar, inte om att OI redan har gett behandlingar för dessa tillstånd.

Ta emot, tolka och integrera information

OI-forskning skulle även kunna öka förståelsen av hur en frisk hjärna fungerar och utvecklas. Det omfattar hur människans hjärna

• tar emot information
• tolkar information
• kopplar samman ny information med tidigare kunskap

Bättre förståelse av dessa processer skulle kunna bidra till undervisning och stödja lärande genom livet. Sådana fördelar behöver fortfarande undersökas.

Viktiga farhågor

OI-forskning innebär att laboratorieodlade nervceller manipuleras och undersöks. Därför behöver möjliga fördelar vägas tillsammans med forskningens gränser och etiska frågor. Här följer två ämnen i diskussionen.

Singulariteten

En teknologisk singularitet är en hypotetisk situation där utvecklingen av AI accelererar på ett sätt som människor inte längre kan kontrollera eller förutse. Att OI skulle leda till en sådan händelse är spekulativt. Ett scenario för år 2050 visar inte att organoider kommer att uppnå mänsklig intelligens eller medvetenhet.

Singulariteten förknippas ibland också med tanken på självmedvetna maskiner. Ray Kurzweil diskuterade teknikens accelererande utveckling i sin bok ‘The Singularity is Near’ och förutsåg en singularitet omkring 2045. Det är hans prognos, inte en tidsplan som OI-forskningen har belagt.

Fiktion framställer ofta självmedveten teknik som hotfull. Sådana berättelser uttrycker oro för förändring och kontroll, men är inte belägg för hur verkliga system kommer att bete sig.

Etik

När organoider blir mer komplexa behöver deras etiska ställning, möjliga tecken på förmåga till upplevelser och gränserna för experiment fortlöpande bedömas. OI-förslaget från 2023 betonade att forskare, etiker och allmänheten ska delta under utvecklingen och att celldonatorernas samtycke och integritet ska skyddas. Att reagera på stimuli är inte liktydigt med mänskligt medvetande.

Avslutning

År 2023 var OI ett tvärvetenskapligt forskningsprogram under utveckling, inte färdig teknik för allmän databehandling. Möjligheterna att studera hjärnan och utveckla nya beräkningssätt var intressanta, men krävde fler experiment, teknisk utveckling och etisk bedömning.