I minicervelli cresciuti in laboratorio saranno usati come "hardware biologico" per creare nuovi biocomputer, propongono gli scienziati

Un organoide cerebrale cresciuto con coppe ottiche rudimentali. (Credito immagine: Elke Gabriel)

di Ben Turner
I minicervelli cresciuti in laboratorio saranno usati come "hardware biologico" per creare nuovi biocomputer, propongono gli scienziati. Una nuova proposta suggerisce di utilizzare "minicervelli" derivati ​​da cellule staminali per creare nuovissimi biocomputer. Tali "computer organoidi" potrebbero essere lontani, ma le questioni etiche abbondano.

I " minicervelli " cresciuti in laboratorio potrebbero un giorno essere collegati tra loro per agire come biocomputer potenti ed efficienti, hanno suggerito gli scienziati.

In una proposta pubblicata il 28 febbraio sulla rivista Frontiers in Science (si apre in una nuova scheda), un gruppo multidisciplinare di ricercatori ha delineato i loro piani per trasformare gruppi 3D di cellule cerebrali umane, chiamate organoidi cerebrali, in hardware biologico capace di compiti computazionali avanzati, un campo che hanno chiamato "intelligenza organoide" (OI).

"Mentre i computer basati su silicio sono certamente migliori con i numeri, i cervelli sono migliori nell'apprendimento", l'autore corrispondente John Hartung(si apre in una nuova scheda), professore di microbiologia alla John Hopkins University, ha dichiarato in una nota(si apre in una nuova scheda). Ad esempio, AlphaGo, l'intelligenza artificiale che ha battuto il miglior giocatore di Go al mondo nel 2017, "è stato addestrato sui dati di 160.000 giochi. Una persona dovrebbe giocare cinque ore al giorno per più di 175 anni per provare tutti questi giochi". 

Gli organoidi cerebrali sono piccoli ammassi di cellule staminali che vivono in laboratorio e che sono stati trasformati in strutture 3D che imitano la struttura e la funzione del cervello umano, ma sono più semplici dell'organo a grandezza naturale. Prodotti per la prima volta nel 2013 per studiare la microcefalia, una condizione in cui la testa di un neonato è molto più piccola della media, i blob cerebrali sono stati da allora utilizzati per studiare malattie come l'Alzheimer, il Parkinson e lo Zika e per riparare cervelli di ratto feriti con innesti ben posizionati . E recentemente gli è stato persino insegnato a giocare al videogioco Pong .

Poiché gli organoidi condividono molti dei tipi di cellule che consentono al nostro cervello di acquisire e immagazzinare informazioni, i ricercatori affermano che i blob cerebrali sono particolarmente adatti per compiti computazionali che richiedono loro di apprendere rapidamente e senza molto dispendio energetico, prima di archiviare le informazioni in connessioni neuronali compatte.

"I cervelli hanno una straordinaria capacità di memorizzare informazioni , stimata in 2.500 TB [terabyte]", ha affermato Hartung. "Stiamo raggiungendo i limiti fisici dei computer al silicio perché non possiamo racchiudere più transistor in un minuscolo chip. Ma il cervello è cablato in modo completamente diverso. Con circa 100 miliardi di neuroni collegati attraverso più di 1.015 punti di connessione. È un'enorme differenza di potenza rispetto a la nostra tecnologia attuale", ha detto.

Per costruire i biocomputer organoidi che immaginano, i ricercatori hanno scritto che stanno adattando strumenti della bioingegneria e dell'apprendimento automatico per stimolare e registrare l'attività neurale all'interno degli organoidi cerebrali. Ciò non solo consentirà loro di inviare e ricevere informazioni dai singoli organoidi, ma anche di unirli insieme, creando complesse reti di gruppi cerebrali che potrebbero supportare calcoli più potenti.

Tuttavia, per costruire sofisticati biocomputer, i ricercatori dovranno prima attraversare un campo minato etico, hanno riconosciuto gli autori del rapporto. Fino ad ora, le implicazioni morali della costruzione di minuscole imitazioni del cervello umano sono state limitate dal fatto che i tipici organoidi cerebrali contengono un piccolo numero di cellule con un potere computazionale limitato. Ma per far crescere organoidi adatti ai computer, gli scienziati affermano che dovranno essere portati da 50.000 neuroni a 10 milioni.

Gli scienziati ritengono che man mano che le loro capacità computazionali crescono, gli organoidi collegati, pur non raggiungendo una vera e propria sensibilità, probabilmente otterrebbero una qualche forma di intelligenza. Ciò solleva la questione di cosa sia la coscienza e se si possa mai dire che questi organoidi l'abbiano.

"Ad oggi, sappiamo che questi organoidi possono imitare il comportamento oscillatorio neurale dello sviluppo corticale" - ovvero le onde cerebrali - "da un bambino pretermine a uno stadio postnatale", ha detto il coautore Alysson Muotri .(si apre in una nuova scheda), un neuroscienziato dell'Università della California, a San Diego, ha detto a WordsSideKick.com in una e-mail. "Inoltre, sappiamo anche che sotto anestesia, queste oscillazioni svaniscono, in modo simile a un cervello umano".

"Per situare questo in uno spettro di coscienza, stiamo stimolando la raccolta di un PCI (indice di complessità perturbativa), un indice di complessità utilizzato da alcuni per misurare l'eventuale spettro di coscienza su questi organoidi", ha detto Muotri. PCI è una metrica che alcuni esperti hanno proposto per misurare il livello di coscienza di un organismo o di un'entità.

Ma misurare questa intelligenza se o quando si presenta potrebbe rivelarsi complicato. È plausibile che un giorno possa essere creato un organoide neurale umano che agisca come un cervello e abbia una certa intelligenza, Hank Greely, professore di diritto e genetica alla Stanford University specializzato in questioni etiche, legali e sociali derivanti dai progressi nel campo bioscienze, ha detto a WordsSideKick.com, ma anche allora abbiamo solo una conoscenza molto limitata di ciò che genera coscienza o intelligenza nel nostro cervello.

"Il numero di neuroni collegati tra loro non rende qualcosa di intelligente. Se ammucchiassi insieme un milione di pezzi di pietra da taglio, non avrei necessariamente la cattedrale di Chartres; probabilmente avrei solo un mucchio di pietre da taglio. È l'architettura, le connessioni, l'ambiente delle cellule cerebrali che creano un vero cervello", ha detto Greely. "Gli organoidi sicuramente non sono 'mini-cervelli'. Non sono organizzati come i cervelli, non contengono lo stesso gran numero di tipi di cellule che hanno i cervelli e non comunicano costantemente con un corpo attraverso input e output. "

Più in generale, il team consulterà gruppi di scienziati, esperti di etica e membri del pubblico per valutare eventuali questioni etiche che sorgono man mano che la loro ricerca si evolve, ha affermato Hartung.