Ученые предлагают делать биокомпьютеры из искусственно выращенных мозгов

Ученые предлагают делать биокомпьютеры из искусственно выращенных мозгов. Ученые планируют создать биокомпьютер из органоидов мозга. Фото.

Ученые планируют создать биокомпьютер из органоидов мозга

Под искусственными мозгами следует понимать органоид, то есть трехмерное скопление мозговых клеток, полученных из модифицированных стволовых клеток. Органоид не является полной копией органа, однако может быть на него похож. Ранее мы рассказывали о том, что человеческий органоид пересадили крысе, после чего он приживался и начал функционировать как часть мозга. Это лишь один из множества экспериментов, подтверждающих, что органоиды могут функционировать подобно мозгу. Теперь же ученые хотят пойти еще дальше. Междисциплинарная группа исследователей предлагает преобразовать органоиды в биологический компьютер, который сможет выполнять сложные вычислительные задачи. Этой области уже даже придумано название — «органоидный интеллект».

Зачем нужен биологически компьютер?

Как мы рассказывали ранее, ученые уже могут объединять органоиды в органоидные сети. Однако ранее эти возможности использовались исключительно для медицинских целей. К примеру, в упомянутой статье мы рассказывали об органоидной сети с признаками шизофрении, которая поможет ученым лучше понять заболевание и разработать новые методы его лечения.

Собственно говоря, для этих целей и были созданы органоиды. Впервые их вырастили в 2013 году с целью исследования такого заболевания, как микроцефалия. С тех пор органоиды использовали для изучения различны распространенных мозговых заболеваний, а также лечения поврежденного мозга крыс.

Зачем нужен биологически компьютер? Органоид — трехмерное скопление клеток определенной ткани, имитирующее орган человека. Фото.

Органоид — трехмерное скопление клеток определенной ткани, имитирующее орган человека

Но зачем нужен биологический компьютер, ведь кремниевые процессоры способны гораздо эффективнее справляться с вычислительными задачами? С одной стороны, так и есть, но с другой — мозг человека лучше обучается. По словам ученых, органоиды содержат много клеток, которые мозг человека использует для получения информации, то есть обучения, и ее последующего ее хранения. По их мнению, биологический компьютер может быть незаменимым при решении вычислительных задач, требующих быстрого обучения без больших затрат энергии.

В чем преимущество человеческого мозга перед компьютером?

Способность быстро обучаться — не единственное преимущество человеческого мозга перед компьютерами. Еще он обладает уникальной способностью хранить большие объемы информации. В среднем емкость нашего мозга оценивается в 2500 ТБ. По мнению некоторых ученых, человеческий мозг помнит гораздо больше, чем мы себе представляем. А те проблемы с памятью, которые мы испытываем, на самом деле связаны с воспроизведением информации.

К примеру, если вы прочитали книгу и со временем забыли какие-то моменты или главы из нее, при повторном прочтении будете вспоминать то, о чем написано в тексте. Данное явление и является подтверждением того, что мозг на самом деле помнит информацию, но не может ее воспроизвести.

В чем преимущество человеческого мозга перед компьютером? Емкость памяти мозга оценивается в 2500 Тб. Фото.

Емкость памяти мозга оценивается в 2500 Тб

По мнению ученых, транзисторные компьютеры уже достигают своего предела возможностей, так как увеличивать количество транзисторов в маленьком чипе становится сложно. Искусственный же мозг, по мнению ученых, может масштабироваться и вообще обладает большим потенциалом вычислительных способностей.

Биокомпьютер на основе мозга — несколько это реально?

Каким образом ученые вообще собираются создать “процессор”, подобный человеческому мозгу? Как сообщается в статье, опубликованной в издании Frontiers in Science, для создания биокомпьютера, ученые вначале адаптируют инструменты биоинженерии и машинного обучения, что позволит стимулировать и регистрировать нейронную активность в органоидах мозга.

Благодаря этому можно будет не только отправлять и получать данные от органоидов, но и объединять их вместе, то есть образовывать сложные сети мозговых кластеров. Таким образом можно будет повышать вычислительную мощность, как если бы несколько мозгов отдельных людей объединили в один, более мощный мозг.

Биокомпьютер на основе мозга — несколько это реально? Нейронные сети, образованные органоидами, можно масштабировать. Фото.

Нейронные сети, образованные органоидами, можно масштабировать

В настоящее время мозговые органоиды, которые используют для медицинских целей, содержат сравнительно не много клеток (около 50 тысяч), и поэтому вычислительные возможности их невелики. Но, чтобы использовать органоиды для вычислительных целей, их количество придется увеличить до 10 миллионов нейронов.

Станет ли такой искусственный мозг сверхразумом?

Этот вопрос наверняка многих заинтересовал с самого начала статьи. По мнению ученых, скорее всего биокомпьютер не будет обладать разумом, но наверняка органоиды обретут некоторую форму интеллекта. Это, скорее всего, поднимет вопрос о том, что такое сознание и обладают ли им органоиды.

Станет ли такой искусственный мозг сверхразумом? Ученые сомневаются, что биокомпьютер будет обладать разумом. Фото.

Ученые сомневаются, что биокомпьютер будет обладать разумом

В настоящее время известно, что органоиды способны имитировать колебательное поведение нервной системы при развитии коры, то есть мозговые волны от стадии недоношенного ребенка до периода индивидуального развития. Причем под наркозом эти колебания затухают подобно человеческому мозгу.

Обязательно переходите по этой ссылке, чтобы подписаться на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛЕ. С ним вы будете в курсе самых последних событий в мире науки и высоких технологий.

Хотя некоторые ученые уверены, что никаким разумом биокомпьютер обладать не будет, так как даже большое скопление нейронов, связанных вместе, не делает его разумом. Хэнк Грили сравнивает нейроны с грудой отесанных камней, которые не обязательно образуют Шартрский собор, даже если их очень много. Однако команда планирует подключить к своим исследованиям представителей общественности и других ученых для оценки вопросов этического характера.

Ученые превратили стволовые клетки в эмбрионы — как такое возможно?

Ученые превратили стволовые клетки в эмбрионы — как такое возможно?

Ученые создали искусственный эмбрион без яйцеклетки, сперматозоида и оплодотворения

Одна из самых удивительных загадок биологии, которую охраняет сама природа — процессы во время развития эмбриона. Они скрыты от посторонних глаз, так как происходят в теле матери. Однако теперь израильские ученые института Вейцмана, похоже, нашли способ как изучить механизмы развития плода более детально. Для этого они создали искусственные эмбрионы мышей. Самое необычное в этом всем, что зародыши были созданы из стволовых клеток, то есть без сперматозоидов, яйцеклетки и оплодотворения. Но и это еще не все — искусственные эмбрионы показали способность жить достаточно длительное время и развивать анатомию, которая полностью соответствует естественной. Ничего подобного ранее добиться ученым не удавалось.

В чем сложность создания искусственных эмбрионов

Ранее мы уже рассказывали, что ученые смогли вырастить искусственный эмбрион человека и обезьяны. Однако он был получен путем редактирования генов эмбриона обезьяны. То есть это не было создания эмбриона с нуля. Кроме того, ученые выращивали отдельные органоиды и наблюдали за их развитием. В частности, благодаря этому удалось узнать, что кишечник влияет на развитие сердца.

Однако создать полноценный искусственный эмбрион из стволовых клеток, который бы полноценно и правильно развивался, не получалось. В какой-то момент их развитие останавливалось — клетки начинали специализироваться, но система органов не формировалась. При этом эмбрионы жили не более нескольких дней. Теперь же эту “стену” ученым удалось преодолеть, о чем сообщается в журнале Cell.

“Правильные клетки стали возникать в нужное время” — говорит биолог, сотрудник Медицинского центра Лейденского университета, Нильс Гейсен.

Благодаря данному достижению израильские ученые смогут не только изучить процессы, которые происходят во время развития эмбриона, но и понять почему возникают врожденные дефекты. Более того, руководитель исследования, биолог стволовых клеток, профессор Джейкоб Ханна, надеется в будущем создать эмбрион из человеческих стволовых клеток.

Ученые превратили стволовые клетки в эмбрионы — как такое возможно?

Автор работы, профессор Джейкоб Ханна

Как ученые создали искусственные эмбрионы

В прошлом году Джейкоб Ханна со своими коллегами разработал технологию выращивания эмбрионов мышей. Она позволила жить плодам вне тела матери рекордные 11 дней. Для понимания, это более половины срока беременности мышей. Добиться такого результата помогла механическая матка. Устройство напоминает колесо с бутылочками по кругу. Эмбрионы вращаются внутри бутылок, заполненных питательной жидкостью и факторами роста. Установка не только обеспечивает оптимальные условия для развития зародышей, но и позволяет с высокой точностью отслеживать уровень кислорода, а также другие жизненно важные показатели.

Ранее команда выращивала эмбрионы, полученные путем оплодотворения яйцеклетки мышей. На этот раз задача состояла в том, чтобы получить эмбрионы из эмбриональных стволовых клеток. Для этого ученые смешали их с генетически измененными стволовыми клетками, которые должны были развиться в плаценту или желточный мешок. То есть генетически измененные клетки должны были измениться в ткани вне плода для поддержания его роста. Однако некоторые стволовые клетки не были смешаны с генетически измененными клетками.

Ученые превратили стволовые клетки в эмбрионы — как такое возможно?

Механическая матка для выращивания эмбрионов

Большинство стволовых клеток не смогли сформировать эмбрионоподобные структуры, однако около 0,5% клеток все же объединились в небольшие шарики. После этого, на на пятый день, скопления клеток ученые перенесли из культуральных чашек в механическую матку, где они продолжили развиваться.

К восьмому дню “эмбриоиды” стали напоминать 8,5-дневные естественные эмбрионы. У них начали появляться отдельные ткани и органы. Как отмечают авторы работы, зародыши обладали бьющимся сердцем, хвостовыми концами, а также сегментами, которые впоследствии превращаются в скелетные мышцы. Более того, ученые обнаружили развивающийся головной и спинной мозг, а также зачатки других органов.

В целом искусственные эмбрионы были практически идентичны естественным. Исследователи измерили генную активность в более чем 40 000 эмбриоидных клеток. Оказалось, что все ожидаемые типы клеток находились в правильных местах и возникали в нужное время. Схожесть с естественными эмбрионами составляла 95%.

Ученые превратили стволовые клетки в эмбрионы — как такое возможно?

Сравнение искусственных и естественных эмбрионов

Можно ли создать из искусственных эмбрионов животных и людей?

Как говорят сами авторы работы, искусственный эмбрион не мог развиться в полноценное животное. По неизвестным причинам зародыши перестали развиваться на восьмой день. Ученые продолжат исследование, и надеются преодолеть этот барьер. Но, в любом случае, уже удалось совершить серьезный прорыв в области выращивания искусственных эмбрионов.

ВНИМАНИЕ! ПУБЛИКУЕМ ССЫЛКУ НА ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ. Не упустите возможность подписаться, здесь вас ждут захватывающие материалы, которых нет на нашем сайте.

По мнению исследователей, данная работа поможет сократить количество экспериментов на животных. Кроме того, эти наработки помогут проложить путь к источникам клеток и тканей для трансплантации. К примеру, клетки костного мозга могут быть использованы для лечения больных лейкемией. Таким образом изначально не стоит задача создавать искусственных животных или людей из искусственных эмбрионов.