کاری که پیش از این به ماهها یا سالها کار تخصصی آزمایشگاهی نیاز داشت، اکنون به کمک پلتفرم یکپارچه آن در عرض چند ساعت یا چند روز انجام میشود.
در حالی که شرکتهای سراسر جهان برای ساخت مراکز داده بیشتر به منظور تامین توان مدلهای هوش مصنوعی (AI) رقابت میکنند، پژوهشگران در حال بررسی این موضوع هستند که آیا میتوان از سلولهای زنده انسانی در سامانههای رایانشی استفاده کرد یا نه.
آگهی
آگهی
یک استارتاپ استرالیایی میگوید نخستین دستگاه جهان را ساخته که به کاربران اجازه میدهد روی سلولهای زنده مغز انسان «کد اجرا کنند».
شرکت کورتیکال لبز (Cortical Labs) سامانهای توسعه داده که نورونهای پرورشیافته در آزمایشگاه را با سختافزار سیلیکونی ترکیب میکند و به کاربران امکان میدهد کاربردهایی از علوم اعصاب و مدلسازی بیماری گرفته تا رباتیک و هوش مصنوعی (AI) را بررسی کنند.
این سامانه که CL1 نام دارد با رشد دادن نورونها از سلولهای بنیادی و قرار دادن آنها روی تراشههایی کار میکند که میتوانند سیگنالهای الکتریکی را ارسال و دریافت کنند.
بریت جی. کاگان، مدیر ارشد علمی و مدیر ارشد عملیاتی کورتیکال لبز، به یورونیوز نکست گفت: «ما با این سلولها بیشتر مثل یک رویکرد مهندسی برخورد میکنیم تا چیزی بسازیم که تا کنون واقعا وجود نداشته و ممکن است ویژگیهایی داشته باشد که پیش از این هرگز نتوانستهایم از آنها استفاده کنیم و تا اینجا نتایج بسیار هیجانانگیز بوده است.»
کاگان افزود: «کافی است مقدار کمی خون یا کمی پوست داشته باشید؛ میتوانید منبع نامحدودی از این سلولها تولید کنید و بعد آنها را به نورون تبدیل کنید.»
این شرکت میگوید در حال کار روی تاسیسات رایانش زیستی در ملبورن و سنگاپور است؛ جایی که چندین واحد از سامانه آن میتواند مستقر شود و از راه دور به آنها دسترسی پیدا کرد.
undefined
این سامانه چه تفاوتی با تراشههای معمول سیلیکونی دارد؟
CL1 به کاربران اجازه میدهد مستقیما با نورونها تعامل داشته باشند، سیگنالهای الکتریکی را به عنوان ورودی ارسال کنند و به صورت بلادرنگ واکنش سلولها را تفسیر کنند.
این سامانه مانند سامانههای رایانشی متعارف از تراشههای سیلیکونی استفاده میکند، اما این تراشهها به ریزالکترودهایی مجهز شدهاند که با نورونهای زنده ارتباط برقرار میکنند، سیگنال میفرستند و پاسخ آنها را به عنوان بخشی از فرایند محاسبه میخوانند.
بر خلاف رایانههای معمول مبتنی بر سیلیکون، این سامانه به اندازه یک جعبه کفش از کشت سلولهای زنده استفاده میکند که برای زنده ماندن به محلولی سرشار از مواد مغذی نیاز دارند؛ رویکردی که گاهی از آن با عنوان «وتور» (wetware) یاد میشود.
کورتیکال لبز میگوید حدود ۱۲۰ واحد از چنین سامانهای در یک مرکز داده کوچک در ملبورن استرالیا در حال کار است.
هرچند ایده رشد دادن نورونها در آزمایشگاه تازه نیست، اما آنچه به گفته کورتیکال لبز متفاوت است این است که این شرکت سامانهای استاندارد کرده که هنگام اتصال کشتهای سلولی به رابطهای الکترونیکی به مراتب سادهتر قابل استفاده است و دیگر به چیدمانهای پیچیده و اختصاصی آزمایشگاهی نیاز ندارد.
undefined
کارامدی نهفته در زیستشناسی انسان
به گفته این شرکت، کاری که پیشتر به ماهها یا سالها کار تخصصی در آزمایشگاه نیاز داشت، اکنون به لطف سکوی یکپارچه آن در عرض چند ساعت یا چند روز انجام میشود.
تعامل با نورونهای زیستی به این شیوه میتواند رایانش را از نظر مصرف انرژی کارامدتر و از نظر سازگاری منعطفتر از سامانههای متعارف کند.
کاگان گفت: «زیستشناسی از نظر انرژی به طرز شگفتآوری کارامد است. ما انسانها به حجم عظیمی از داده نیاز نداریم.»
او افزود: «من دختربچه کوچکی دارم و برای اینکه یاد بگیرد سگ چیست، کافی است چند تصویر از یک سگ ببیند. یادگیری ماشینی به دهها هزار، صدها هزار نمونه نیاز دارد، بسته به اینکه وظیفه چیست. ما همچنین میتوانیم با عدم قطعیت و اطلاعات پر سروصدا کنار بیاییم.»
استفاده از سلولهای گرفتهشده از انسان همچنین میتواند کاربردهای پژوهشی داشته باشد. از آنجا که نورونها از نمونههای اهداکنندگان رشد داده میشوند، ممکن است ویژگیهای ژنتیکی آنها را بازتاب دهند و به دانشمندان امکان دهند واکنش سلولها به درمانهای مختلف را در محیط آزمایشگاهی بررسی کنند.
کاگان گفت: «با این همه، رایانههای سنتی مبتنی بر سیلیکون همچنان در انجام محاسبات ریاضی دقیق و سریع بسیار کارامدترند.» او افزود که پیشرفتهای سامانههای کنونی هوش مصنوعی ممکن است به مرزهای عملی خود نزدیک شده باشد، چون به حجمهای هر چه بیشتری از داده و توان محاسباتی نیاز دارند.
این همبنیانگذار گفت: «در عوض، سامانههای آینده احتمالا رویکردهای زیستی و مبتنی بر سیلیکون را با هم ترکیب میکنند تا تواناییهایی به دست آورند که هیچیک به تنهایی قادر به فراهم کردن آنها نیست.»
او گفت: «آینده رایانش زمانی است که بتوانیم از همه ابزارهای در دسترس خود استفاده کنیم تا به بهترین نتیجه برسیم».
برخی کارشناسان موافقند که سامانههای زیستی مزایایی مانند مصرف پایین انرژی و سازگاری بالا دارند، اما تردید دارند که رویکردهای کنونی تا کجا بتوانند پیش بروند.
الیسون آر. مواتری، مدیر مرکز آموزش سلولهای بنیادی سنفورد و مرکز یکپارچه پژوهش مداری سلولهای بنیادی فضایی (ISSCOR) در دانشگاه کالیفرنیا در سندیگو در ایالات متحده، به یورونیوز نکست گفت: «اگر تنها از یک شبکه مسطح از نورونهای انسانی استفاده کنید، باور ندارم در مقایسه با سامانههای سنتی مبتنی بر سیلیکون برتری عمدهای داشته باشد.»
او گفت ساختارهای مغزگونه پیچیدهتر و سهبعدی که به ارگانوئید معروفند میتوانند ظرفیت بیشتری داشته باشند، هرچند اینها هنوز در مرحله آزمایشی هستند.
undefined
پرسشهای اخلاقی درباره استفاده از زیستشناسی در رایانش
استفاده از سلولهای انسانی در رایانش پرسشهای اخلاقی به همراه دارد، هرچند پژوهشگران میگویند میزان نگرانی به پیچیدگی سامانه بستگی دارد.
مواتری گفت با شبکههای سادهتر نورونهای انسانی، مانند آنچه شرکتهایی نظیر کورتیکال لبز استفاده میکنند، مشکل عمدهای نمیبیند.
با این حال او هشدار داد که ساختارهای مغزگونه پیچیدهتر میتوانند چالشهایی ایجاد کنند.
او گفت: «سازمانیافتگی کالبدی بافت میتواند احتمالا نوعی تجربه در یک ظرف آزمایشگاهی ایجاد کند. این وضعیت ممکن است نوعی آگاهی به وجود آورد و بعضی افراد شاید از دانستن این موضوع احساس ناراحتی کنند.»
او افزود چنین نگرانیهایی ممکن است با پیشرفت این فناوری به تدوین قواعد و نظارتهای تازهای نیاز داشته باشد.
کاگان گفت رویکرد کورتیکال لبز میتواند مزیتهای اخلاقیای از جمله کاهش نیاز به آزمایش روی حیوانات و فراهم کردن امکان کنترل بیشتر بر سامانههای زیستی داشته باشد.
او گفت: «به این نتیجه رسیدهایم که این رویکرد بسیار بهتری است.»