Wissenschaftler züchten menschliche Mini-Gehirne für die nächste Generation von Computern

Es mag seine Wurzeln in der Science-Fiction haben, aber eine kleine Anzahl von Forschern macht tatsächlich Fortschritte, indem sie versuchen, Computer aus lebenden Zellen zu schaffen. Willkommen in der seltsamen Welt der Bioinformatik.

Unter denen, die vorneweg gehen, befindet sich eine Gruppe von Wissenschaftlern in der Schweiz, die ich getroffen habe.

Eines Tages hoffen sie, dass wir Datenzentren sehen werden, die mit „lebenden“ Servern gefüllt sind, die Aspekte der Art und Weise nachahmen, wie Künstliche Intelligenz (KI) lernt – und die einen Bruchteil der Energie der aktuellen Methoden verbrauchen könnten.

Das ist die Vision von Dr. Fred Jordan, Mitbegründer des FinalSpark-Labors, das ich besucht habe.

Wir sind alle an die Ideen von Hardware und Software in den Computern gewöhnt, die wir derzeit verwenden.

Der etwas überraschende Begriff, den Dr. Jordan und andere in dem Bereich für das verwenden, was sie schaffen, ist „Wetware“.

In einfachen Worten bedeutet das, Neuronen zu schaffen, die in Clustern namens Organoiden gezüchtet werden, die dann mit Elektroden verbunden werden können – an diesem Punkt kann der Prozess beginnen, sie als Mini-Computer zu nutzen.

Dr. Jordan erkennt an, dass für viele Menschen das Konzept der Bioinformatik selbst wahrscheinlich ein bisschen seltsam ist.

„In der Science-Fiction leben die Leute schon lange mit diesen Ideen“, sagte er.

„Wenn du anfängst zu sagen: ‚Ich werde ein Neuron als kleine Maschine verwenden‘, ist das eine andere Sicht auf unser eigenes Gehirn, und das lässt dich überlegen, was wir sind.“

Für FinalSpark beginnt der Prozess mit Stammzellen, die aus menschlicher Hautzellen abgeleitet werden, die sie in einer Klinik in Japan kaufen. Die echten Spender sind anonym.

Aber vielleicht überraschend gibt es keine Mangel an Angeboten.

„Wir haben viele Leute, die uns kontaktieren“, sagte er.

„Aber wir wählen nur Stammzellen von offiziellen Lieferanten aus, weil die Qualität der Zellen entscheidend ist.“

Im Labor reichte mir die Zellbiologin von FinalSpark, Dr. Flora Brozzi, eine Schale mit mehreren kleinen weißen Kugeln.

Jede kleine Kugel ist im Wesentlichen ein Mini-Gehirn, das im Labor gezüchtet wurde, aus lebenden Stammzellen hergestellt, die zu Clustern von Neuronen und unterstützenden Zellen gezüchtet wurden – das sind die „Organoide“.

Sie sind weit entfernt von der Komplexität eines menschlichen Gehirns, aber sie haben die gleichen Bausteine.

Nach einem Prozess, der mehrere Monate dauern kann, sind die Organoide bereit, mit einer Elektrode verbunden zu werden und dann zu einfachen Tastatureingaben zu reagieren.

Es handelt sich um eine Möglichkeit, elektrische Signale zu senden und zu empfangen, wobei die Ergebnisse auf einem normalen Computer aufgezeichnet werden, der mit dem System verbunden ist.

Es ist ein einfacher Test: Du drückst eine Taste, die ein elektrisches Signal durch die Elektroden sendet, und wenn es funktioniert (was nicht immer der Fall ist), kannst du einen kleinen Sprung der Aktivität auf einem Bildschirm als Reaktion sehen.

Was angezeigt wird, ist ein sich bewegendes Diagramm, das ein bisschen wie ein EEG aussieht.

Ich drücke mehrmals schnell hintereinander auf die Taste, und die Reaktionen hören plötzlich auf. Dann gibt es eine kurze und markante Explosion von Energie auf dem Diagramm.

Als ich fragte, was passiert ist, sagte Dr. Jordan, dass es noch viele Dinge gibt, die sie nicht verstehen, was die Organoide tun und warum. Vielleicht habe ich sie genervt.

Die elektrischen Stimulationen sind wichtige Schritte hin zum größeren Ziel des Teams, das Lernen in den Neuronen des Bio-Computers auszulösen, damit sie sich schließlich anpassen und Aufgaben ausführen können.

„Für KI ist es immer dasselbe“, sagte er.

„Du gibst eine Eingabe, du möchtest eine Ausgabe, die genutzt wird.

Zum Beispiel gibst du ein Bild von einer Katze, du möchtest, dass die Ausgabe sagt, ob es eine Katze ist“, erklärte er.

Bio-Computer am Leben erhalten

Einen normalen Computer am Laufen zu halten ist einfach – er braucht nur Strom – aber was ist mit Bio-Computern?

Das ist eine Frage, auf die die Wissenschaftler noch keine Antwort haben.

„Organoide haben keine Blutgefäße“, sagte Simon Schultz, Professor für Neurotechnologie und Direktor des Centre for Neurotechnology am Imperial College London.

„Das menschliche Gehirn hat Blutgefäße, die es in verschiedenen Skalen durchziehen und Nährstoffe liefern, um es in gutem Funktionszustand zu halten.

Wir wissen noch nicht, wie man sie richtig herstellt. Das ist daher die größte aktuelle Herausforderung.“

Eine Sache ist jedoch sicher. Wenn wir von einem Computer sprechen, der stirbt, ist es beim „Wetware“ wörtlich der Fall.

FinalSpark hat in den letzten vier Jahren Fortschritte gemacht: Seine Organoide können jetzt bis zu vier Monate überleben.

Aber es gibt seltsame Entdeckungen im Zusammenhang mit ihrem unvermeidlichen Tod.

Manchmal beobachten sie eine Aufschäumung der Aktivität der Organoide, bevor sie sterben – ähnlich wie der Anstieg des Herzrhythmus und der Gehirnaktivität, der bei einigen Menschen am Ende des Lebens beobachtet wird.

„Es gab einige Ereignisse, bei denen wir eine sehr schnelle Zunahme der Aktivität in den letzten Minuten oder Dutzenden von Sekunden [des Lebens] hatten“, sagte Dr. Jordan.

„Ich denke, wir haben etwa 1.000 oder 2.000 dieser individuellen Tode in den letzten fünf Jahren aufgezeichnet.“

„Es ist traurig, weil wir das Experiment stoppen müssen, den Grund für den Tod verstehen und es dann neu machen müssen“, sagte er.

Prof. Schultz stimmt dieser unromantischen Herangehensweise zu.

„Wir sollten uns nicht davor fürchten, es sind nur Computer aus einem anderen Substrat und einem anderen Material“, sagte er.

Anwendungen in der realen Welt

FinalSpark ist nicht die einzige Gruppe von Wissenschaftlern, die im Bereich der Bioinformatik arbeitet.

Das australische Unternehmen Cortical Labs kündigte 2022 an, dass es künstlichen Neuronen gelungen sei, das frühe Videospiel Pong zu spielen.

In den USA bauen Forscher der Johns Hopkins University ebenfalls „Mini-Gehirne“, um zu untersuchen, wie sie Informationen verarbeiten – aber im Kontext der Entwicklung von Medikamenten für neurologische Erkrankungen wie Alzheimer und Autismus.

Die Hoffnung ist, dass KI bald diese Art von Arbeit superchargen kann.

Aber vorerst denkt Dr. Lena Smirnova, die die Forschung an der Johns Hopkins University leitet, dass Wetware wissenschaftlich spannend ist – aber in einem frühen Stadium.

Und sie sagte, dass es wenige Aussichten gibt, dass es den derzeit hauptsächlich verwendeten Material für Computerchips ersetzt.

„Die Bioinformatik sollte die KI auf Silizium ergänzen – und nicht ersetzen –, während sie die Modellierung von Krankheiten vorantreibt und den Einsatz von Tieren reduziert“, sagte sie.

Prof. Schultz stimmt zu: „Ich denke, sie werden das Silizium in vielen Dingen nicht übertreffen können, aber wir werden eine Nische finden“, schlug er vor.

Auch wenn die Technologie der realen Anwendungen immer näher kommt, bleibt Dr. Jordan von ihren Science-Fiction-Ursprüngen fasziniert.

„Ich war immer ein Fan von Science-Fiction“, sagte er.

„Wenn du einen Science-Fiction-Film oder ein Buch hast, habe ich mich immer ein bisschen traurig gefühlt, weil mein Leben nicht wie im Buch war. Jetzt fühlt es sich an, als wäre ich im Buch und schreibe das Buch.“