زیست‌رایانه نوعی سامانه محاسباتی است که از مواد زیستی همانند دی‌ان‌ای، پروتئین‌ها یا بافت زنده برای مثال نورون‌های پرورش‌یافته در آزمایشگاه مشتق شده و برای انجام ماموریت های محاسباتی منفعت گیری می‌شود.

به نقل از آی‌ای، در این فرآیند، نورون‌ها رشد داده خواهد شد، به خوشه‌های کوچک به نام «ارگانوئیدها» تبدیل خواهد شد و سپس این خوشه‌ها به الکترودها وصل خواهد شد تا همانند رایانه‌های زیاد کوچک عمل کنند. دلنشین این که این زیست‌رایانه‌ها انرژی زیاد کمتری از رایانه‌های معمولی مصرف می‌کنند. اکنون، این فناوری تا این مدت زیاد تازه است و فعلا زیست‌رایانه‌ها تنها قادر به انجام فعالیت‌های ساده می باشند.

در سال ۲۰۲۲، شرکت استرالیایی کورتیکال لبز (Cortical Labs) با خبرساز شدن نشان داد که چطور می‌توان نورون‌های مصنوعی را وادار کرد بازی کلاسیک پونگ (Pong) را انجام بدهند. نمونه‌ دیگر، سامانه‌ زیست محاسباتی «Brainoware» است که سلول‌های زنده‌ مغزی را به رایانه متصل می‌کند تا به قابلیت‌های ساده‌ تشخیص گفتار دست اشکار کند.

به ‌تازگی، در ماه اوت، یک گروه در دانشگاه بریستول گزارش داد که از ارگانوئیدهای مغزی انسانی برای تشخیص حروف بریل منفعت گیری کرده است. تمرکز جاری در چندین آزمایشگاه دانشگاهی و تجاری روی رشد نورون‌های انسانی و تبدیل آنها به سامانه‌های کارکردی شبیه «ترانزیستورهای زیستی» است.

منفعت‌گیری از توان مغز

کارشناسان تلاش می‌کنند به راندمان شگفت انگیز‌ مغز انسان نزدیک شوند؛ مغزی که با مصرف کمتر از ۲۰ وات قادر است در هر ثانیه یک میلیارد عملیات ریاضی انجام دهد.

در روبه رو، نیرومندترین ابررایانه‌ها هرچند از نظر شدت قابل رقابت‌اند یک میلیون برابر انرژی زیاد تر مصرف می‌کنند.

برام سروِی، دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی دانشگاه ملبورن می‌گوید: بنیان‌های محاسبات زیستی نزدیک به ۵۰ سال پیش شکل گرفت. نخستین بار، نورون‌ها روی آرایه‌های کوچک الکترودی رشد داده شدند تا الگوهای کارکرد آنها بازدید شود.

تا اغاز دهه ۲۰۰۰، ربط دوطرفه‌ ابتدایی بین نورون‌ها و الکترودها ایده‌ «محاسبات زیست‌ـ‌هیبریدی» را تشکیل کرد، اما پیشرفت جدی تا سال ۲۰۱۳ و ظهور ارگانوئیدهای مغزی صورت نگرفت.

این ارگانوئیدها ساختارهای سه‌بعدی و شبه‌مغزی بودند که از سلول‌های بنیادی رشد داده می‌شدند. اکنون منفعت گیری از این ارگانوئیدها که طبق معمول با فناوری «اندام روی تراشه» همراه است در پژوهش‌های دارویی و مطالعات رشد عصبی استاندارد به کار می‌رود.

چالش‌های اخلاقی

این حوزه در سال ۲۰۲۲، وقتی که کورتیکال لبز نشان داد نورون‌های کشت‌ داده ‌شده می‌توانند بازی پونگ را یاد بگیرند، داخل مرحله‌ای پرحاشیه شد. او گفت و گو زیاد تر نه به علت علم، بلکه برای منفعت گیری از کلمه مناقشه‌برانگیز «حس تجسمی» می بود.

به جستوجو آن، محققان کلمه «هوش اَرگانوئیدی» را نقل کردند؛ عبارتی دلنشین، اما گمراه‌کننده، چون امکان پذیر شباهت نادرستی با هوش مصنوعی پیشرفته القاء کند، در حالی که کارکرد این دو کاملا متفاوت است.

چارچوب‌های اخلاقی تا این مدت عقب‌ترند، چون ارگانوئیدها در قوانین جاری تنها به‌گفتن ابزارهای زیست‌پزشکی طبقه‌بندی خواهد شد. همین نوشته علتشده خواست‌هایی سریع برای تدوین دستورالعمل‌های اخلاقی تازه نقل شود تا با شدت تجاری‌سازی هماهنگ شود.

در حالی که حتی بدون تحریک خارجی زیاد، رفتارهای شبکه‌ای پیچیده در ارگانوئیدها ظاهر می‌شود، کارشناسان عموما توافق دارند که این ارگانوئیدها نه آگاه‌ می باشند و نه حتی نزدیک به آگاهی قرار دارند.

پیشرفت جهانی

شرکت‌ها و مؤسسات دانشگاهی در سراسر جهان از جمله در آمریکا، سوئیس، چین و استرالیا در حال ساخت پلتفرم‌های زیست‌ـ‌هیبریدی می باشند.

شرکت‌هایی همانند فاینال اسپارک (FinalSpark) که دسترسی آنلاین به ارگانوئیدها اراعه می‌دهد و کورتیکال لبز که زیست‌رایانه‌های رومیزی CL۱ را اراعه می‌کند، انتظار دارند مشتریانی فراتر از صنعت داروسازی، از جمله پژوهشگران هوش مصنوعی، جذب آنها شوند. گزارش شده که بلندپروازی‌های دانشگاهی نیز بالاست؛ برای مثال دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو تصمیم دارد تا سال ۲۰۲۸ از ارگانوئیدها برای پیش‌بینی نشت نفت در آمازون منفعت گیری کند. در این حوزه، برتری‌های کاری سریع شامل پیشرفت قدم‌به‌قدم، تکرارپذیری و گسترش مقیاس‌پذیر سامانه‌های نمونه است.

به‌طور قابل‌توجهی، تعداد بسیاری از گروه‌ها در حال بازدید ارگانوئیدها به‌گفتن جایگزینی برای مدل‌های حیوانی در پژوهش‌های علوم اعصاب و سم‌شناسی می باشند. یک چارچوب کاربردی برای برسی تاثییر مواد شیمیایی‌ بر رشد اولیه مغز نظر شده است. این چنین، ترکیب نورون‌ها و سامانه‌های الکترونیکی امیدهای تازه‌ای در پیش‌بینی بهتر فعالیت مغزی مرتبط با صرع نشان داده است.