В современном мире стремительное развитие технологий искусственного интеллекта и вычислительных систем уже давно достигло определенных рубежей — современные суперкомпьютеры, несмотря на свою невероятную мощность, требуют огромных ресурсов энергии и занимают значительные площади. Однако ученые из Университета Джонса Хопкинса открывают принципиально новый путь развития вычислительной техники, предлагая создавать так называемые биокомпьютеры, которые будут работать на человеческих мозговых клетках. Представление о том, что вычисления можно возложить на биологическую ткань, ранее казалось фантастикой, но сегодня биоинженеры и нейробиологи открывают впечатляющие перспективы для реального воплощения этой идеи. В основе биокомпьютера лежит концепция «органоидного интеллекта» — технологии, использующей так называемые мозговые органоиды. Органоиды — это миниатюрные искусственно выращенные кластеры клеток, которые по функции и структуре напоминают отдельные человеческие органы.
Нейронные органоиды, выведенные из стволовых клеток, способны имитировать основы работы мозга, включая обработку информации, обучение и запоминание. Эксперименты с ними открывают новые горизонты для изучения работы нервной системы без необходимости экспериментов на животных или людях, предоставляя ученым уникальный инструмент для углубленного понимания механики мозга. Крупнейший исследователь данной области — профессор Томас Хартунг из Школы общественного здравоохранения и инженерного факультета Университета Джонса Хопкинса. Он и его команда начали выращивать мозговые органоиды еще в 2012 году, используя перепрограммированные клетки кожи человека. Эти органоиды размером с точку от ручки содержат около пятидесяти тысяч клеток и напоминают по размеру нервную систему плодового комара.
Спустя годы исследований ученые теперь видят возможность использовать такие органоиды в роли биологическому оборудования для вычислений. Объясняя значимость проекта, Хартунг подчеркивает, что современная вычислительная техника сталкивается с серьезными ограничениями — скорость обработки данных выросла, но эффективность и экологичность использования энергии отстают. Для сравнения, работающий на американской базе суперкомпьютер Frontier, обладающий объемом вычислений, превосходящим возможности человеческого мозга, при этом потребляет энергии в миллионы раз больше, чем биологический мозг. Такое соотношение ставит под вопрос устойчивость традиционных вычислительных подходов в долгосрочной перспективе, особенно учитывая растущие потребности в мощных системах искусственного интеллекта и анализа больших данных. Органоидный интеллект предлагает заменить традиционные кремниевые микросхемы на биологические нейронные сети, которые сами по себе обладают способностью к обучению, адаптации и параллельной обработке информации.
Кроме того, биокомпьютеры имеют потенциал к значительной миниатюризации и снижению энергопотребления, что уже сейчас является одной из важнейших целей современной вычислительной индустрии. Исследователи предполагают, что даже в самом ближайшем будущем подобные системы смогут выполнять специализированные задачи — включая сложные логические операции и распознавание образов — с гораздо меньшими энергетическими затратами. Важным аспектом развития биокомпьютеров также является их использование для нейродегенеративных заболеваний и расстройств развития мозга. Ассистент профессора Лена Смирнова, участвующая в проекте, отмечает, что изучение органоидов, выращенных из клеток пациентов с аутизмом или другими когнитивными нарушениями, позволит глубже понять причины этих заболеваний без привлечения животных моделей. Возможности анализа изменений в нейронных сетях помогли бы не только в исследовании болезни, но и в тестировании новых лекарств и терапий.
Сложность проекта не ограничивается лишь техническими и научными задачами. Создание биокомпьютеров поднимает ряд этических вопросов, касающихся сознания, прав и статуса искусственно выращенных мозговых тканей, которые могут обладать некоторыми характеристиками живого мозга. Для этого создан международный консорциум с участием ученых, этиков и представителей общественности, который занимается выработкой этических норм и правил взаимодействия с такими технологиями. Несмотря на высокую сложность и длительность исследований, ученые Университета Джонса Хопкинса подчеркивают необходимость инвестиций и разработки программ финансирования в этой области. Даже с учетом того, что на достижение уровня интеллекта мыши может уйти несколько десятков лет, дальнейшее развитие биокомпьютеров способно кардинально изменить инфраструктуру информационных технологий и привести к прорывам в нейробиологии и медицине.
В итоге биокомпьютеры на основе человеческих мозговых клеток являются удивительным примером симбиоза биологии и передовых технологий, способным решить фундаментальные проблемы энергии и производительности современных вычислительных систем. Их развитие знаменует новый этап в понимании и использовании интеллекта — не только искусственного, но и биологического, в самой настоящей цифровой эволюции. Таким образом, следующее десятилетие может стать революционным в области биоинженерии и информатики, сформировав новую парадигму компьютерной науки и открыв дорогу к машинам, которые мыслят и учатся на клеточном уровне.
